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2-q_
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA
DE MEXICO
FACULTAO DE INGENIERIA
DISEÑO DE UN ALIMENTADOR
VIBRATORIO DIDACTICO
T
s
s
E
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE
INGENIERO MECANICO ELECTRICISTA
AREA MECANICA
P
R
E
S
E
N
T
A
GIANNA FIORELLA GOMEZ LEVI
DIRECTOR
DE
TESIS:
M. l. JESUS MANUEL DORADOR GONZALEZ
Ciudad Universitaria, agosto de 1997
TESIS CON
FALLA DE ORlGEN
UNAM – Dirección General de Bibliotecas
Tesis Digitales
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objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para
fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo
mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro,
reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el
respectivo titular de los Derechos de Autor.
A mi nonno Enzo
y a mi maestra
Erika Kubacsek
por su amistad,
cariño y enseñanzas
En este documento se presenta el trabajo realizado para el diseño
de un alimentador vibratorio didáctico. Durante su desarrollo recibí la
ayuda y el apoyo de amigos y maestros.
En primer lugar quiero agradecer al M. l. Jesús Manuel Dorador que
motivó, apoyó y orientó en todo el proceso de diseño. Quisiera
enfatizar en la paciencia e interés que le dedicó al proyecto, así
como la ayuda para la corrección del documento final.
El lng. Conrad López-Forment y el Dr. Alejandro Ramírez me
orientaron en la etapa inicial del proyecto. El lng. Conrad LópezForment tuvo una gran disposición en mi visita a la OSRAM y me
apoyó con información y material; asimismo me transmitió su
conocimiento acerca del tema. El Dr. Alejandro Ramirez demostró su
interés y me ayudó en la búsqueda de material bibliográfico.
El lng. Gustavo Valeriano y Alfredo Domínguez tuvieron una gran
disposición de ayuda en el taller. El primero resolviendo mis dudas y
el segundo maquinando algunas piezas.
Por otra parte, quiero agradecer al Dr. Marcelo López Parra, al lng.
Adrián Espinoza, al M.I. Javier Cervantes y al lng. Jesús Roviroza
quienes revisaron y comentaron el documento final.
Liliana López Levi y Fiorella Levi revisaron minuciosamente el
documento, lo cual fue de gran ayuda para la presentación de la
tesis.
El M.I. Gabriel Ascanio hizo comentarios y observaciones durante
una presentación preliminar del trabajo realizada en el Centro de
Instrumentos.
A nivel institucional tuve un gran apoyo de la Facultad de Ingeniería
a través del lng. José Manuel Covarrubias y el lng. Carlos Castillo,
así como de la Sra. Carmen Reyes y del Sr. Jorge Pérez.
INDICE
1. INTRODUCCIÓN ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 4
.
1.1 La automatización··---······--·..·········••••••·-·..···-····---··--··-·-··-·-···-···-········--·······----···•••••••·••••••
. ..
. ; 4
1.2 l..os alimeatadore• .................................................- ..................................... ~::.;:_~~:~:~··.··~~-~-~--:·:;:·--~·-··
1.3
<•
Justificación·············•••••••·--·········-········-······-·---········------···-·--~-~~....~~-;.;.:~·••~;-;........... 7
1.4 Aalecc:deates ••...-.......................................-----··----~------~~~.;~.......;........... 7
1.5 Objc:tlvoa .....................................................- - - - · - - - · - - - · · · - - · - · - '- · - - - · · · - - 8
1.6 Aplicaci011es ......................................................-
........~.......................-
......_.... ........................ 9
l. 7 Metodologia ··-······••·•·•·············-··-·····-········-·····-·-···········-·--······-·-•••••••-••••••··········-···············•• 10
l.8 E•truc1ura del presente trabajo•··············•••••••••••·•··············•••••·········•••••••·•··············••·••••················''
2. SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN EN EL MERCAD0 ••••••••••••••••••••••••••••.••••••••••• 13
2.1 Introducción a los •inem. . de alimentacióa .......- .......................................................................... 13
2.2 Alimentadores para materialea granulan:• y Ouidos aewtoniaaos y no newto•ianos •••••••••••••••••••• 14
2.3 Alimc:ntadorc:a para piezas .............................................................................................................. 16
2.3.1 Alimentadores por- gravedad.....
. ... 17
2.3.2 Alimentadores mecánicos....
..18
2.3.3 Alimentadores magnc:ticos ....
3. ALIMENTADORES VIBRATORIOS EN LA INDUSTRIA: ANALISIS DE SU
FUNCIONAMIENTO Y FALLAS .•••••••••..•••••••••••.••••••••••••••••••••.••••••••••••••••.•.•••••••••••• 26
3.1 Fabricantes actuales de alimentadores ,.ibratorioL ........................................................................ 26
3.2 Requerimie•tos para la alimentación ............................................................................................. 26
3.2.1 El Transpone......
..27
3.2.2 La Separación......
. ..... 28
3.2.3 La Orientación..
.28
1
INDICE
3.3 Co•po11eates básk:os de loa alimentadores ''ibratorios más comúne•················-··•••·..·····••·•••••·-··29
3.3.1 Los flejes.............................. .........................
......................................29
3.3.2 El electroimán......................
.. .......................................... 31
3.3.3 La tarja.........................
. ...................... 32
3.3.4 La rampa........
. .......................... 33
3.3.5 Las trampas........
....... :n
3.3.6 Las bases y su unión...
. ... 3:1'1
3.4 Otros alimenladores "ibratorio1 menos comunes ••••••.•••••.••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••-36
3.4. t Alimcnladorcs vibratorios para altas velocidades de alimentación.... .. ...................................... 36
3.4.2 Alimentadores ,.•ibratorios neumáticos... .. ............................................................................... 37
3.5 Aa ..iais del funcionamiento y fallas de loa alimentadores vibratorios en una fábrica ••••••••····-···..37
3.6 Análisis de las partes critk:as de un alimentador ,·ibratorio.-•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••39
' · DISEji&O CONCEPTUAL Y DE CONFIGURACIÓN DE UN ALIMENTADOR
VIBRATORIO ••••••••.••.•••••.•••.••.•••••••••••••..•••••...••...•..•••..••.••..••...•.••••••••.•••.•.•••••••.••••.••1
4.1 Especificaciones de dl..eno ...................................................... - •••••••••••••••••••••••••••••••••.••••••••••••••••••••• 41
4.2 Primer análisis ••••••••••••••••••••••.••••••••••••••••••••..••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••- ..................42
4.3 Pro~tas para el di..efto conceptual del ali•entador ''ibratorio•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 43
4.3. l Disctlo del sistcnut de accionanl.icnto .......................................................................................... 44
4.3.2 Disctlo del sistema que guia el movimiento.............
......................
.45
4.3.3 Disctlo del sistema de regreso....
................................... .
...49
4.3.4 Disci\o de la tarja..... .... ................ .
.......................
. ....... 52
4.4 Selección de las ahernali,.·»s ............................................................................................................53
4.~
Matrices de decisión ........................................................................................................................54
4.6 Di..eAo de coaflpración ......................................_ •••.•••••• _ •••••••- ••···••···-·····••···-·····························•56
-6.7 Selección defillitiva ..................._ ....................- .............-·····-·········-·········-····••·····························58
5. DISEji&O DE DETALLE Y FABAICACION DE UN ALIMENTADOR
VIBRATORIO ••••••••.•••••.•••••••.••••••••••••••.•••.••••.•••••••••••••.••••••••.••.••••••••.••••••.••••••••••••.•• 60
5.1 Oisefto de la parte que ~enerar:ri las "ibraciones. ............................................................................ 61
5.1. I Análisis dinámico....
. ........ 61
5.1.2 Discilo de los flejes........
... ............. ..
. .. 64
S. l. 3 Selccc:ión del motor.....................................................
.. ....... 70
5.1.4 Selección del rodamicnlo para el copie con el mo1or ...
.. .... 72
5.2 Di.eAo de la b..e drl alimenlador .,,ibralorio.................................................................................. 73
5.3 DilllCAo de la tarja ..............................................._ ............................................................................ 7-6
5.3.l Disci\o de la rampa..
5.3.2 Disetlo de las uampas..
.. .. 74
.. .... 75
2
INDICE
!i.-6 F•bric•ción y con .. rucción del alimentador vibr•torio••••
-·········••••···········•·••••••·-··········•••oo••..•••••• 78
e. PRUEBAS Y A.JUSTES AL ALIMENTADOR VIBRATORIO •••••••••••••••••••••••••••• 80
6.1 Pruebas •••••·•·······················•••••·•·•········································••••••••••········••••••••··········••••••••·················•t
6. 1. 1 Relación entre la pendiente de la rampa y la \'cloc:idad de alimentación ..............
. ... 81
6.1.2 Mediciones de '\'clOCidad de alimentación a diferentes frecuencias de \'ibración con piezas de
diferentes materiales
..... , ................................................. 82
6.2 Calibración ...................................................................................................................................... 86
6.3 Ajusces••••.•...........................•................................-···············••••••••••········••••••••••••-··················--···--··•7
7. CONCLUSIONES •••••.•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 88
7.1 Objetivos iniciales ..........................................- ••- ............- ......--····----··-•••oo•••••'*'*'*""""''""''" ........n
7.2 Objeti't'os de aprendiz.aje ............................- ........- ......................- .................................................. 89
7.3 Ob11ervaciones en el desarrollo del trab-Jo-.......-
...............-..'~..- ......- ...................................89
7.-6 Rec0111end11eiones ..............- .................... _ _ _ _ _ ......... ~~~............-
APÉNDICE ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• .:;:: ••••
BIBLIOGRAFIA••••••••.•••••.••••••••••••••••••••••••••••••••••••~.'.'.::'.'L:
................................. 90
~.0................................. 91
••:,••••.•.•••••.•.••.•.•..••••....•.. 107
3
l. INTRODUCCIÓN
1. Introducción
J. .J. La automatizaci6n
En la antigüedad se requería dar largos períodos de entrenamiento a
los obreros que trabajaban en los procesos de ensamble, además de que en
muchos
casos
conocimiento y
éstos
realizaban
inicios de la automatización:
peligros
que
tareas
peligrosas.
El
avance
en
el
la evolución con la revolución industrial dieron lugar a los
existían
en
1
en ese entonces aún no se preocupaban por los
las
labores de
algunos
obreros.
Casi
dos
siglos
después, los procesos automatizados tienen también la finalidad de proteger al
obrero. Con ello se ha llegado a los intereses actuales de la automatización
que son el incremento en la productividad y, por ende,
la disminución de
costos. una mayor exigencia y constancia en la calidad, y la reducción en los
riesgos para los obreros.
Además,
la
búsqueda
de
la
mayor
automatización
posible
en
los
procesos ha hecho que muchos de los productos necesiten un rediseño que
tome en cuenta la automatización. En la figura 1. 1 .1 se pueden observar los
efectos del diseño sobre los costos del ensamble: se pueden apreciar las
diferentes configuraciones de diseño de un mismo producto en el cual se ha
reducido el número de piezas que lo componen para facilitar la obtención del
4
l. lNTRODUCClÓN
producto final. y en el que se han mod1ficado partes que no afectan el uso del
producto. pero se ha diseñado de modo que su ensamble pueda hacerse de
manera automática.
\
1
1
\
..
o.e
co••••
1
en••mble
l
l
1
\
1
!
f
o 21.',
4
ne.mero de p•rt11•
2
Figura 1.1.1: efectos del diseño sobre los costos de ensamble
5
1. INTRODUCCIÓN
Un proceso de ensamble automát:ico depende en gran medida de que
se puedan
orientar
y
alimentar las piezas
de manera
automática.
Existen
piezas que son difíciles. imposibles o tardadas de alimentar y orientar. como
las piezas muy pequeñas, las muy grandes. las muy pesadas. las frágiles. las
filosas. las resbaladizas, o las piezas casi simétricas. Para algunas piezas es
posible modificar la geometría para poder facilitar el proceso de ensamble,
pero
en
general es
necesario encontrar
la
manera
más
fácil
y
rápida
de
ensamblar una pieza sin necesidad de modificar su geometría.
1.2 Los alintentadores
Para
entregar
las
piezas
las
condiciones
de
velocidad
de
alimentación y posición deseadas para el proceso de ensamble se utilizan los
alimentadores. los cuales pueden ser diseñados para diversos tipos de piezas
y
materiales. Con ello se pretende que la alimentación no sea la causa de
pérdidas económicas por ocasionar retrasos en el ensamble, ya que es bien
sabido que la velocidad de fabricación de un objeto está en función del tiempo
empleado en el proceso más lento del sistema de producción.
Se puede clasificar a los alimentadores en dos grandes grupos: por un
lado, los alimentadores de materiales granula"res y fluidos nevvtonianos y
no
newt:onianos y, por el otro. los alimentadores de piezas.
Ent:re
encuentran
los alimentadores de
los
mecánicos
(es
piezas
decir,
más
aquellos
comúnmente
que
empleados
funcionan
por
se
fuerza
centrífuga. por vibración, por rotación o los que emplean tolva oscilante), por
gravedad y los magnéticos.
6
l. INTRODUCCIÓN
.1.3 Justiftcaci6n
Se ha elegido el diseño de un alimentador del tipo vibratorio, ya que es
un
alimentador
simplicidad
requiere.
de
que
su
Además,
se
usa
mecanismo
se
mucho
v
considera
el
actualmente
mantenimiento
que
es
uno
de
en
la
industria,
relativamente
los
por
bajo
alimentadores
la
que
más
versátiles, ya que es simple hacer las modificaciones para orientar piezas de
diferentes formas, aunque el tamaño de éstas y en ciertas ocasiones su forma
están restringidos.
En los laboratorios de la Facultad de Ingeniería de la UNAM no existía
un alimentador vibratorio, por lo que era muy difícil llevar a cabo procesos de
fabricación
y
ensamble
completamente
automatizados
en
la
celda
de
manufactura flexible que se tiene actualmente en los talleres. Se ha diseñado
un alimentador vibratorio, ya que al ser versátil puede alimentar piezas con las
diferentes geometrías que se deseen ensamblar. Por otra parte, se considera
que su funcionamiento es Interesante para que los alumnos lo conozcan, ya
que tiene un mecanismo sencillo, y los principios que se emplean son simples
de observar.
1.4 Antecedentes
Hasta ahora se han construido muchos alimentadores vibratorios y
se
ha hecho inves'tigación para mejorar tanto su -funcionamiento como su tiempo
de vida. Las empresas que los fabrican
piden a
sus compradores que les
proporcionen cierta información, tal como la geometría de las piezas que serán
alimentadas,
la
orientación en que se desean
alimentar
y
la velocidad
de
alimentación. Con estos datos adaptan algunos de sus ··modelos base•· a las
7
l. INTRODUCCIÓN
necesidades de sus clientes haciendo pruebas con las alternativas que ellos
desarrollan.
Se han hecho publicaciones acerca de la investigación y
teórico
de
su
comportamiento
experimentalmente.
comportamiento
Sin embargo.
de
las
piezas
y
no se
o
del
de
han
los
hallado
movimiento
el desarrollo
obtenidos
resultados
modelos
del
exactos
del
alimentador.
En
publicaciones sobre investigaciones hechas para hallar el comportamiento de
las piezas en los alimentadores vibratorios llegan a la conclusión de que es
imposible conocer el comportamiento exacto de éstas dada la cantidad tan
grande de efectos que habría que tomar en cuenta. tales como el efecto del
conjunto de piezas contenidas en ta Tarja del alimentador. 2 Pero hay modelos
que se han aproximado y
han dado resultados útiles para la fabricación de
alimentadores.
L.5 Objelivos
La construcción del alimentador vibratorio tiene como primer objetivo
que los alumnos que usan los laboratorios de manufactura y de robótica de la
Facultad de Ingeniería de la UNAM tengan la oportunidad de conocer un tipo
de alimenTador que se emplea mucho en la industria actualmente. y
celda
de
manufact:ura
se
puedan
ya
realizar
procesos
de
que en la
fabricación
y
ensamble totalmente automáticos. Se quiso entonces diseñar un alimentador
vibratorio con Trampas intercambiables y hacer un prototipo. para que en un
futuro. pueda ser construido e int:egrarlo a la celda de manufactura flexible del
Loa ealudioa que h., hallado ac:en:a del componamocruo de la~ pie~• y del rno.,.inticnco di: Joa aJirncntadorca vih...,1orio• han sido
Unicam.en1e de panes del an•Uiai• 1oa.I. corno ea el ca.o de •n.1UiHa de los efoo:los de laa .,.ibt>1eionoa aohro la 1.... ycch>ri• de la•
rieza• CHABENICHT. O .• AHRENS. H .• J981). y del eíec10 de los oin¡rulo• de lo. Ocjea., de tu ...,mpa• aobrc el '"'°"''m;•nlo
<BOOTHROYD. O .• 1992).
8
l. INTRODUCCIÓN
laboratorio de manufactura avanzada de la Facultad de Ingeniería de la UNAM.
Para esto. fue necesario analizar los diseños que existen actualmente en el
mercado
v
con base en ello. rediseñarlo.
Se habla de rediseño ya que estos alimentadores existen y se emplean
mucho actualmente. pero en México no se producen
v
es caro adquirirlos
va
que a su elevado costo hay que añadir el costo de la importación. Además. en
caso de necesitar la sustitución de alguna pieza. es necesario pedirla con las
compañías
que los
fabrican,
lo cual hace que su reparación
sea tardada.
Pensando en todas las empresas mexicanas que usan este tipo de máquinas.
parece ser importante que se comience a
v
hacer investigación
diseños de
alimentadores vibratorios mexicanos. Se presentará entonces un análisis que
pueda
ser
usado
para
posteriores
investigaciones
v
desarrollo
de
otros
sistemas de alimentación con alimentadores vibratorios.
Al
ser
un
alimentador
vibratorio
del
tipo
didáctico.
puede
ser
manipulado por los alumnos de modo que se observe que al cambiar ciertos
parámetros.
éstos
afectan
a
la
velocidad
de
alimentación.
al
sentido
de
alimentación o las restricciones en cuanto a piezas a alimentar.
J.6 ApUcaciones
Se alimentarán piezas pequeñas (2 x
puedan
flexible.
ser necesarias al
Tanto
2 x
2 cm aprox.) que se piense
simular un proceso en
el material como
la
forma
la celda
de estas
piezas
de
manufactura
tendrán
ciertas
restricciones. mismas que estarán definidas más adelante.
9
1. INTRODUCCIÓN
La forma de las piezas para las cuales se han hecho las t:rampas de
este alimentador vibratorio se seleccionaron pensando en el tipo de piezas
que, para ser orientadas, requieren de trampas fácilmente intercambiables.
1. 7 Metodolog(a
Siguiendo Ja metodología para el proceso de diseño propuesta por Pahl
y Beitz,
3
primero se definió el problema y el Íipo de solución que se pensaba
desarrollar. Posteriormente, se consultaron fuentes bibliográficas, folletos de
los fabricantes
y
distribuidores de diferentes tipos de alimentadores,
y
se
realizaron visitas a fábricas en que se empleaban alimentadores, en particular.
alimentadores vibratorios, para conocer el funcionamiento y
las aplicaciones
de éstos. Con esta información, se analizó el mecanismo y
las partes que
componen
generalmente
a
los
alimentadores
vibratorios,
se
tomaron
características y datos de reposiciones de los alimentadores vibratorios de una
de las empresas visitadas para ver cuál era el mayor motivo de falla de éstos.
Se propusieron y analizaron alternativas para el diseño del alimentador
vibratorio, posteriormente se seleccionó una de las alternativas y se realizó el
diseño
de
realizaron
detalle.
pruebas
Finalmente,
y
los
se
ajustes
construyó
necesarios
un
prototipo
hasta
que
en
el
éste
que
se
funcionó
correctamente.
3.
.°
PAHL. Ci • BErrz. W .• 1988. P•S- 39.
10
\. lNTRODUCClÓN
1.8 Estructura del presente trabqjo
El desarrollo de este trabajo se dividió básicamente en
5
partes: la
investigación para definir una línea de trabajo v tener información de 1o que se
ha hecho
y
se
hace actualmen'te,
el
diseño,
la
fabricación
v
ensamble y
finalmente las pruebas y ajustes al proto'tipo realizado con el diseño plan'teado.
Primero se hace una descripción de algunos sistemas de alimentación
y manipulación de piezas utilizadas actualmente. Se explica el funcionamiento
y las aplicaciones de cada tipo de alimentador, con lo que se hace notar las
diferencias
que
deben
existir
entre
los
alimen'tadores
para
los
diferentes
tamaños. formas o ma'teriales de las piezas a alimen'tar.
En el caphu1o de "ºAlimentadores vibratorios en la industria·· se hace un
análisis
más
profundo
de
los
alimentadores
vibratorios
actualmente en la industria: se describen las ventajas
v
que
se
emplean
desventajas de las
partes críticas que los componen.
En
el
configuración
cuarto
de
capítulo
un
denominado
ahmen'tador
""Diseño
vibra'torio'".
se
concep'tual
v
determinan
de
las
especificaciones con las que debe cumplir el diseño, se hacen propuestas para
el diseño conceptual analizando las ventajas v
desventajas de cada una de
ellas. Se selecciona entonces aquella que se considera mejor alternativa v
a
pa"ir de esta se hace el diseño de configuración.
En
el
quinto
capítulo,
"Diseño
de
detalle
v
fabricación
de
un
alimentador vibratorio .. , se hace una descripción de las partes necesarias para
la construcción del alimentador y
se present.an los cálculos que se hicieron
para las partes que los requirieron, as{ como la descripción del método de
1. INTRODUCCIÓN
selección de algunas de ellas. Posteriormente se presentan algunos puntos
con respecto a su fabricación.
En
vibratorio .. ,
el
sexto
capítulo,
intitulado
.. Pruebas
y
ajustes
al
alimentador
se describen las pruebas que se realizaron con los prototipos del
alimentador vibratorio.
y
se exponen los
resultados obtenidos de ellas así
como las observaciones con respecto a estos.
En el último capítulo se presentan las conclusiones en donde se hace
una reflexión sobre el trabajo hecho, los objetivos que se han cumplido, y se
dan
algunas
recomendaciones
con
respecto
a
este
tipo
de
máquinas
alimentadoras.
Finalmente. se incluyen como apéndice los planos de fabricación del
alimentador vibratorio propuesto.
12
2. SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN EN EL MERCADO
2. Sistemas de al!mentf!ción en el mercado
2.J Introducción a los sistemas de alimentación
Los sistemas de alimentación en la industria se emplean tanto para
fluidos
como
alimentadores
para
para
sólidos.
Actualmente
materiales
existe
granulares,
una
fluidos
gran
variedad
newtonianos,
de
no
nevvtonianos y piezas con geometrías regulares e irregulares.
En algunos casos para un mismo material, fluido o pieza que se desea
alimentar se pueden diseñar muchos tipos de alímentadores. ¿Por qué escoger
un alimentador por fuerza centrífuga o uno vibratorio? En la fábrica de focos
OS RAM,
4
alimentan una pieza de vidrio que es aquella que soporta el pie
donde se coloca el filamento, con un alimentador de tolva oscilante en 4
líneas y
por un alimentador vibratorio en una Unea de producción.
En este
caso, la selección se ha hecho de acuerdo a los costos de adquisición de cada
uno, que variaron de acuerdo a la fecha de adquisición.
Existen muchos factores que hay que tomar en cuenta en la selección
del tipo de alimentador que se va a integrar a la linea de ensamble, tales como
el tipo de pieza. la velocidad de alimentación que se requiere, la orientación a
la entrada y a la salida del alimentador, y el costo del mismo. A continuación
se presenta una descripción del funcionamiento y aplicaciones de algunos de
los alimentadores existentes actualmente.
13
2. SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN EN EL MERCADO
2.2 Alimentadores para 111aleriales granulares y fluidos newtonianos y
newtonianos
Para
diferencia
cualquier
que
existe
pieza.
entre
material
la
o
sustancia.
dosificación
y
la
hay
que
distinguir
alimentación.
confunde más fácilmente en materiales granulares y
no
lo
cual
la
se
fluidos newtonianos. El
hablar de un volumen. tiempo o peso se refiere a las cantidades que se están
alimentando, es decir, a la dosificación; mientras que cuando se habla de una
velocidad y posición con Ja que se entrega una pieza. material o sustancia se
refiere a la alimentación. Para explicar la diferencia entre estos dos términos,
se expone el siguiente ejemplo:
En la fábrica de productos de maíz Arancia
5
emplean silos. que son
tanques cilíndricos de aproximadamente 10m de alto y 4m de diámetro para el
almacenamiento del maíz, el cual se descarga por medio de cangilones. Estos
últimos están
formados
por unos
pequeños
contenedores
cadena que al pasar por las paredes de Jos silos.
soldados
a
una
se llenan de maíz para
posteriormente llevarlo a unas básculas que están conectadas a
un sistema
que va sumando el peso
se tiene el
que va
pasando por ellas;
con esto.
control de lo que descargan dichos cangilones. El maíz, una vez pesado, se
descarga en las llamadas ""arañas" que son un sistema de tuberías con una
válvula a la salida: cada tubo alimenta este maíz a los tanques de cocción. Las
arañas tienen
ayuda
externa
unas dimensiones tales que permiten
y
simplemente
por
gravedad.
De
que el
este
maíz
ejemplo
caiga
se
sin
puede
distinguir claramente cuál es la pane que se encarga de la alimentación y cuál
de la dosificación: el sistema de cangilones sumado al sistema de arañas. son
los que se encargan de la alimentación del maíz. mientras que el sistema de
.5.
La ..,¡•ita ... n=alizó a la planta qu .. .,. '"ncu .. nlrm .in la eall'" Robcno Fullon No. 61, Tlalncpan1la, EA..do .Je Méxi.:u.
14
2. SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN EN EL MERCADO"
pesado compuesto por la báscula
v
el controlador de los cangilones conectado
a ésta, son los que se encargan de la dosificación que, en este caso, es por
peso.
Figura 2.2. 1 : alimentación con dosificación para materiales granulares
Para los materiales granulares se emplean máquinas que alimentan por
medio de vibraciones y
deslizamiento, tales corno el sistema de cangilones
descrito en el ejemplo anterior. En la figura 2.2.1 se muestra un sistema de
alimentación compuesto por la tolva, unido a un sistema de dosificación que
es la rueda inferior.
Actualmente
Materiales
de
la
se
UNAM
desarrolla
un
silo
en
el
Instituto
hexagonal
que
de
Investigaciones
posiblemente
en
empleará
vibraciones para alimentar materiales granulares. Se ha considerado el uso de
vibraciones en este caso, ya que con esto se le da una inercia al grano que
hace que éste tenga un coeficiente de fricción dinámico tal que permita el fácil
deslizamiento ya que, al darle movimiento, el coeficiente de fricción se reduce
en un 25% aproximadamente.ª
6.
BEER. F •• JOHNSTON. R •• 1992. Jl•J: 3111
l.S
2. SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN EN El- MERCADO
El empleo más común de los alimentadores por gravedad es con los
fluidos nevvtonianos: la alimentación se realiza por gravedad y la dosificación
por volumen. tiempo o peso. En caso que se desee dosificar por volumen se
puede colocar. por eiemplo, un sistema que emplee un flotador. Para dosificar
por tiempo. se puede vertir o dejar pasar lo que se está dosificando durante
un intervalo de tiempo especificado. En el caso que se desee dosificar por
peso, se puede colocar una báscula que esté conectada a la compuerta para
dejar pasar o detener el flujo del fluido.
Los liquides no newtonianos se alimentan generalmente con la ayuda
de algún medio mecánico tal como el tornillo sin fin. Por ejemplo, para pegar
las etiquetas a las botel1as en la embotelladora de la casa Oomecq,
7
emplean
un sistema de torn\110 sin fin que alimenta el pegamento hacia la botella. y
éste se dosifica con el tiempo que se tarda una botella en pasar por esta
etapa.
2 .. J AUmentadores para piezas
La alimentación de piezas se puede hacer con medios mecánicos que
empleen gu(as v
trampas para la orientación. Dadas las necesidades en los
procesos de fabricación, han surgido varios tipos de alimentadores de piezas.
Estos se pueden clasificar en tres grandes grupos:
•
•
•
7·
alimentadores por gravedad
alimentadores mecánicos
alimentadores magnéticos
La ..,¡aiia Mé,..ico.
n=a.li:e.ó a la•
"ª"ª•
Pedro Don.ccq en el lo:.m. t 1.S de la c•fT'lllC"' ..,¡cja a Puebla. Loa Rcyc•. La Pat.. Eau.do de
16
2. SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN EN EL MERCADO
El uso de cada uno de estos depende del tamaño. de la forma y del
material de la pieza que se desea alimentar. así como de la velocidad de
alimentación deseada y de la orientación en que se desea tener la pieza para
ser ensamblada. A
continuación se hace una descripción del funcionamiento
de cada uno de ellos y sus aplicaciones.
2.3.1 A1iaentador•• por qravedad
En general para la alimentación de piezas por gravedad. los sistemas
se deben auxiliar de vibraciones para asegurar la caída. ya que es muy común
que éstas se atoren a la salida o que se muevan con dificultad por la alta
fricción
que puede haber entre las piezas y
la superficie sobre la que se
mueven. El alimentador de pastillas que se muestra en la figura 2.3.1, es un
alimentador por gravedad que se auxilia de pequeñas vibraciones que ayudan
a
asegurar
la
caída.
Aunque
éste
podría
catalogarse
corno
alimentador
mecánico, la parte mecánica se está empleando para la dosificación; por esto
es que se ha clasificado como alimentador por gravedad.
Figura 2.3. l: alimentador por gravedad
17
2
SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN EN EL MERCADO
Los pre-alimentadores generalmente funcionan por gravedad. Estos se
usan en los casos en que se desea tener una gran carga en espera de ser
enviada a los alimentadores de forma automática para tener una alimentación
continua; son contenedores que pueden almacenar un volumen mayor al del
alimentador-orientador
y
están
conectados a
un
sensor
que les
indica
el
momento en que deben abrir la compuerta de salida para cargar al alimentador
con piezas a
lentamente
granel. En este caso.
por
una
alta
fricción
para
o
evitar que las piezas caigan muy
porque
se
atoren
en
la
salida.
la
alimentación se puede ayudar con bandas o por medio de vibraciones que se
activen únicamente en el momento en que se desea alimentar.
El empleo de un alimentador por gravedad está limitado por la forma
v
el material de las piezas que se desean alimentar. En cuanto a la forma. se
emplean para piezas simétricas o en las que su posición final para ensamble
no importe. Y en cuanto al material de éstas. debe ser un material que no se
desgaste con el rozamiento y que sea resistente a los golpes.
2 . 3 . 2 AiJ.meDtadorea
aecán~coa
Los alimentadores mecánicos son aquellos que tienen una aplicación
más
universal.
ya
que existen
menos
restricciones
de
tamaño,
forma.
y
material de las piezas que se desean alimentar.
Existe una
gran variedad de alimentadores mecánicos
para cuerpos
rígidos, como son los alimentadores por fuerza centrífuga, los vibratorios, Jos
alimentadores por rotación y los de tolva oscilante; se les llama mecánicos. ya
que
su
principio
de
funcionamiento
se
basa
en
mecanismos
puramente
mecánicos.
18
2 SISiEMAS DE ALIMENTACIÓN EN EL MEA:CAOO
2 • .3.2. I Alin1e111adores por f"er:;a centríf,.ga
Est:os alimentadores emplean un motor que hace girar el cent:ro de la
tarja de modo que las piezas se acomoden en las cavidades que están en sus
paredes. las cuales se diseñan dependiendo de la forma de la pieza y
de la
orientación que se desea tener a la salida. Con este tipo de alimentadores. se
pueden obtener grandes velocidades de alimentación
(aproximadamente de
3000 piezas por minuto).
Figur-a 2.3.2: alimentador por fuerza centrifuga
En la figura 2.3.2 se muestra un alimentador centrífugo de pequeñas
piezas cilíndricas. En éste se colocan inicialmente las piezas a granel en el
centro. y al hacer girar la base. manteniendo las paredes fijas por efectos de
la fuerza centrífuga, las piezas se dirigen hacia las paredes acomodándose en
el canal mostrado de modo que una trampa colocada en
la pared fija
va
obligándolas a desalojar en un canal de alimentación.
19
2. SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN EN EL MERCADO
Con
los
alimentadores
fuerza
por
centrífuga,
se
pueden
manejar
únicamente piezas que sean resistentes a los golpes; ya que de lo contrario,
éstas se romperían al ser arrojadas hacia las paredes de la tarja. Por otra.
pane deben tener sólo una posición preferencial, como en el caso de la figura
ya que éstas adoptarían la posición en que el costado del cilindro se apoye o
en que la base o la tapa se apoyen, pero al ser el costado de mayor tamaño.
las piezas tenderán a mantenerse con el costado apoyado. Si el diámetro y la
altura del cilindro fueran iguales, se tendría la misma probabilidad de tener una
posición o la otra, por lo que el diseño de este alimentador tendría que variar
un poco, o se tendría que recurrir al empleo de otro tipo de alimentador.
2.J.2.2 Alimentadores vibratorios
Los alimentadores
vibratorios
se emplean
para pequeñas
piezas de
diferentes formas. Estos se componen de tres partes principales que son: un
contenedor o
selecciona y
tarja
para
poner las
piezas
a
granel,
un
separador
finalmente un orientador que deja pasar las piezas
que
las
que están
acomodadas en la orientación deseada.
........
..........
.
Figura 2.3.3: alimentador vibratorio
20
2. SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN EN EL MERCADO
En un alimentador vibratorio (figura 2.3.3>. las piezas son depositadas
a granel en el centro de una tarja. Al aplicar a ésta una vibración continua, las
piezas suben por la rampa que está en sus paredes. En la rampa o
en las
paredes de la tarja se tienen filtros mecánicos o trampas por las que se obliga
a las piezas a pasar; con esto, las piezas se alinean y se orientan en la forma
deseada. Estas trampas ayudan a orientar las piezas y a regresar a la base de
la tarja a aquellas que no se acomodan adecuadamente.
2 . .3. 2 . .1 Ali1nentadores por rotación
Estos alimentadores tienen como parte móvil la tarja completa, y como
parte fija el canal de salida de las piezas. Para mover la tarja, se emplea un
motor que la hace girar desde su centro, de modo que las piezas se acomodan
en
las
cavidades
que
están
en
sus
dependiendo de la forma de la pieza y
paredes,
que
también
se
diseñan
de la orientación en que se desea
tenerlas a la salida.
Figura 2.3.4: alimentador rotatorio
21
2. SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN EN EL MERCADO
En Ja figura 2.3.4 se muestra un alimentador rotatorio de pequeñas
piezas cilíndricas. En éste se han puesto inicialmente las piezas a granel en la
tarja,
v
al hacerla girar las piezas se van colocando en los canales mostrados.
de modo que al llegar al punto más alto y por efectos de la gravedad, se dejan
resbalar sobre el canal de alimentación que las guía al lugar donde serán
ensamblada.3 o colocadas.
Las aplicaciones de éste son similares a las del alimentador por fuerza
centrífuga;
sólo
que
en
este
caso
se
pueden
alimentar
piezas
con
dos
posiciones preferenciales. En caso de que las piezas tengan dos posiciones
preferenciales como sería el caso de un medio cilindro, éste podría caer por la
guía estando ya sea en la posición superior de la tarja o en la inferior, con Jo
que en es'tas posiciones la orientación del medio cilindro sería la opuesta y al
caer por las guías todas las piezas caerían con la misma orientación.
2 •.3.2.4 Alilnentadores de to/a•a oscilante
Este tipo de alimentadores puede servir, por ejemplo,
para alimentar
tornillos; tiene un brazo que oscila y en éste, un canal un poco más ancho que
tendría el diámetro nominal de los tornillos. De este modo, al sumergirse entre
los tornillos que están a granel en un contenedor. retiene en el canal a los
tornillos
que
hayan
podido
mantener
la
parte
roscada
dentro,
como
se
muestra en la figura 2.3.5. Así, al elevarse el brazo, deja deslizar Jos tornillos
hacia la parte que Jos conducirá hasta donde deben ensamblarse.
Este tipo de alimentadores se emplea para las piezas que, al 'tomarlas
con una guía (o canal). adoptan una posición preferencial o de lo contrario se
caen. Por ejemplo. si se desea alimentar balines éste alimentador es una muy
buena opción; pero si en Jugar de balines se desea alimentar, por ejemplo, una
22
2. SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN EN EL MERCADO
esfera con alguna perforación. no se puede
asegurar
que esta perforación
quede en el mismo sentido al caer por el canal.
Figura 2.3.5: alimentador mecánico de tolva oscilante
La pieza de los focos que se comentó
en la primera parte de este
capítulo, era alimentada por este tipo de dispositivo, ya que la parte cilíndrica
se podía alojar en el canal, y al tener éste un movimiento suave. las piezas de
vidrio no corrían el riesgo de romperse. Además, al haber
templado el vidrio
tenían mayor resistencia al caer del canal en caso de no haber adoptado la
posición correcta.
2.3.3 A1iaentadorea aaqn6ticoa
Estos
alimentadores
tienen
una
parte
móvil
imantada
la
desplaza enue las piezas atrayéndolas hacia ella. Generalmente se
únicamente
Ja
rueda
con
partes
imantadas.
y
se
mantiene
cual
se
mueve
inmóvil
al
contenedor.
23
2. SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN EN EL MERCADO
En la figura 2.3.6 se muestra un alimentador magnético de pequeñas
piezas cilíndricas. En su contenedor se han colocado las piezas a granel. Y al
girar la rueda éstas son atraídas por los imanes fijos en ella. de modo que
cuando
llegan
a
la
parte
superior.
éstas
son
recogidas
por
el
canal
fijo
simplicidad
del
ligeramente inclinado para que las piezas rueden sobre él.
piezas tarnadas
par ID• lrnanes
·"\,',~=-----
aaHda
de ~lez•a
.. ·:/
lma:ies
plez•11-
Figura 2.3.6: alimentador magnético
Este
alimentador
es
relativamente
barato
dada
la
mecanismo. aunque está muy limitado en sus aplicaciones. Es necesario que
las piezas que alimente sean de material
ferromagnético y
suficientemente
24
2. SISTEMAS oe ALIMENTACIÓN EN eL MERCADO
pequeñas para que no caigan con facilidad después de haber sido atraídas a la
rueda
móvil.
La
velocidad
de
alimentación
depende
principalmente
de
la
velocidad angular de la rueda. pero también del tamaño y densidad de las
piezas. de modo que la eficienciaª sea la mayor posible.
8,
La eficlGnc:M! pa.-. eaie lipo de •lisncnt..dor ac puede dctlinir corno I• relación emrc t. c•ntld•d dct
p•,._• que
quctd•n irnanud•a a
t. rueda en una vuelu por t. camidad de plez.a qUct podria alojar como mlldmo.
25
-
·----------~-~·--·---·----.--.._._
....
___ ____
.
,
. .,.,_....................__,_, ___
~~------
...
-·----------
3. AL.IMENTAOORES VIBRATORIOS EN LA INDUSTRIA
3. Alimentadores vibratorios en la Industria: análisis de su
funcionamiento y fallas
3.J Fabricantes actuales de al.imenladores vibralorlos
Actualmente existen varios fabricantes de alimentadores, algunos de
ellos son Syntron, Uhlmann, Vibromatic Co. lnc.,
Podmores,
debido a
Feeder
que
Technology
aún no
lncorporated,
existen fabricantes
en
y
Service Engineering lnc.,
Hoppmann.
México,
las
Sin
embargo,
empresas
están
obligadas a comprar estas máquinas a t.ravés de distribuidores.
El mayor problema se encuentra cuando las máquinas tienen una falla,
ya que las empresas que las fabrican autorizan únicamente a sus técnicos a
arreglarlas. y
las refacciones hay que importarlas. Esto implica que al tener
cualquier falla las pérdidas en tiempo y en recursos son sumamente elevadas.
3.2 Requerinl.ientos para la alinlenlaci6n
Con un alimentador vibratorio se busca que la alimentación cumpla
con varios requerimientos que son el transporte, la separación y la orientación
de las piezas.
26
3. ALIMENTADORES VIBRATORIOS EN LA INDUSTRIA
3.2.1 B1 Tranaporte
En cuanto al transpone. lo que se busca es que las vibraciones logren
dar un movimiento oscilatorio que obligue a las piezas a escalar una rampa en
una dirección definida. Para esto. es necesario que la fricción entre las piezas
y la rampa sea la suficiente como para que las piezas no resbalen hacia abajo
pero que no sea tan grande que haga que les sea imposible moverse. En la
siguiente
gráfica
(figura
coeficiente de fricción y
3.2.1 J
se
muestra
la
relación
que
hay
entre
el
la velocidad, de donde se puede ver que la mayor
velocidad de alimentación se logra con coeficientes de fricción medios .
•
velodd•d
coelich:nh: de triccion
Figura 3.2. 1: coeficiente de fricción vs. Velocidad
Por otra parte. si las piezas que se quiere alimentar son
abrasivas o
de una geometría tal que se enganchen unas con las otras, será más difícil
alimentarlas.
Las
piezas
abrasivas
irán
desgastando
a
la
tarja
o
se
irán
desgastando ellas mismas con lo que cambiarán su forma y será más difícil
tener un control sobre su alimentación.
27
3. ALIMENTADORES VIBRATORIOS EN LA INDUSTRIA
3.2.2 La aeparaci6n
La separación se refiere a que las piezas no sean de una geometría tal
que se atoren unas con las otras. Es necesario alimentar las piezas de forma
individual para poder orientar cada una de acuerdo a la posición en que llegan
a
tas
trampas
y
tener
la
alimentación
que
se
desea.
Esto
principalmente de la geometría de las piezas por lo que se busca
ejemplo.
no tengan
partes
que hagan que se enganchen
depende
que,
por
unas piezas con
otras.
3.2.3 La orientaci6n
La orientación se refiere a
adopten a
Ja posición que se desea que las piezas
la salida. Lo que se busca es
que las
trampas del alimentador
vibratorio estén diseñadas de tal forma que la velocidad de alimentación sea la
más alta posible aunque de esto dependan tanto la forma de orientar como la
estabilidad y la geometría de las piezas.
Un modo de facilitar esto es buscando Ja(sJ posición(es} en que es más
fácil tener a las piezas para poner la menor cantidad de trampas posible, ya
que
como
se
verá
en
el
capítulo
5,
la
eficiencia
del
alimentador
es
inversamente proporcional a la cantidad de trampas que se tengan.
La
orientación
a
la
salida
del
alimentador
vibratorio
no
es
tan
importante mientras todas las piezas tengan la misma. ya que en general se
pueden orientar fácilmente con una guia que se encuentre entre la salida del
alimentador vibratorio y el lugar donde se desea ensamblarlas.
28
3. ALIMENTADORES VIBRATORIOS EN LA INDUSTRIA
3.3 Componentes básicos de los alimentadores vibratorios más comúnes
Las partes básicas de los alimentadores vibratorios son: los muelles o
flejes. el electroimán. la tarja. la rampa, las trampas. las dos bases y la unión
entre las bases, distribuidos como se muestra en la figura 3.3.1.
Figura 3.3. l: alimentador vibratorio
Los flejes son placas de acero rectangulares y delgadas que unen a la
tarja
con
la
primera
base.
Dado
que
están
sometidos
a
compresiones
sucesivas. están hechos de materiales que tienen alta resistencia a la fatiga.
Los alimentadores tienen desde tres hasta cinco conjuntos de flejes:
cada conjunto tiene desde uno hasta tres flejes. Cuando en los conjuntos hay
más de un fleje. se coloca una placa pequeña y delgada entre ellos para evitar
que exista fricción. como se muestra en la figura 3.3.2.
29
3. ALIMENTADORES VIBRATORIOS EN LA INDUSTRIA
pl•c• enlfe
Cf
flejes
fleje
C)
Figura 3.3.2: flejes y placa entre flejes
Todos los flejes se colocan con la misma pendiente y hacia el mismo
lado: Ja pendiente de la rampa debe ser opuesta a la de los flejes. Al doblarse
Jos flejes se logra que, gracias a su inclinación, la tarja tenga además de una
vibración
vertical,
una
vibración
horizontal.
Esto se puede
ver
fácilmente
imaginando que los flejes son la hipotenusa de un triángulo rectángulo cuyos
catetos serían una línea horizontal y vertical imaginaria. Al doblarse los flejes,
la hipotenusa de dicho triángulo se reduce y
con
esto se
reducen ambos
catetos. como se muestra en Ja figura 3.3.3. La reducción del tamaño de ros
catetos es la distancia que se moverá Ja tarja en ambas direcciones. Si los
flejes se colocaran perpendicularmente a
la tarja. al doblarlos. el movimiento
de la tarja sería únicamente vertical.
flejes
_ _ posición sin doblar
- - - - posfci6n doblados
Figura 3.3.3: esquema de las posiciones adopradas por los flejes
30
3. ALIMENTADORES VIBRATORIOS EN LA. INDUSTRIA
3.3.2 E1 •1•ctroi•&n
El
electroimán
alimentadores
es
vibratorios
el
que
tienen
nos
permite
desde
uno
realizar
hasta
las
una
vibraciones.
cantidad
Los
igual
de
electroimanes a la de los conjuntos de flejes. En el caso de los alimentadores
que tienen un solo electroimán. una pieza ferromagnética se coloca en la parte
inferior de
la
tarja
y
de
cara a
ésta
se
coloca
dicho
electroimán
a
una
separación Oy. el cual está sujeto a la primera base. como se ve en la figura
3.3.1. Y si tienen igual número de electroimanes que conjuntos de flejes. los
electroimanes
se
colocan
junto
a
cada
fleje
para
que
de
este
modo.
el
electroimán atraiga a la parte que sujeta al fleje y que esté fija a la tarja. como
se muestra en la figura 3.3.4.
Figura 3.3.4: alimentador vibratorio con dos electroimanes
3. ALIMENTADORES VIBRATORIOS EN LA INDUSTRIA
El electroimán se alimenta con pulsos. de modo que cuando se le hace
pasar una corriente. éste se carga atrayendo a la pieza ferromagnética y por lo
tanto a la tarja. la cual efectúa un pequeño giro. En el momento en el que se
suspende el paso de Ja corriente. el electroimán libera la pieza ferromagnética
por lo que, al intentar el fleje regresar a su posición original, la tarja asciende
nuevamente con un pequeño giro.
3.3.3
L•
tarja
La tarja es un contenedor cilíndrico que contiene tanto a
como a
granel.
las trampas
y
aloja en su parte central a
las rampas
las
piezas dispuestas a
El material de ésta depende de las piezas que
va a alimentar. Por
ejemplo,. en caso que se quiera alimentar piezas de vidrio. puede hacerse la
tarja
del
mismo
material
que
las
rampas.
pero
el
fondo
debe
tener
un
recubrimiento que evite que al caer las piezas rechazadas por los filtros. se
rompan.
Se han hecho tarjas cilíndricas o cónicas y con las rampas tanto por
dentro como por fuera. Las tarjas cónicas tienen el diámetro mayor en la parte
superior.
se
les da
esta
forma
para
que
las
rampas
puedan
estar
poco
espaciadas (verticalmente) y las piezas puedan subir sin rozar con la rampa
inmediatamente superior. Las tarjas con pistas por dentro y por fuera son en
general cilíndricas en
el
centro
y
cónicas
por
fuera.
teniendo
el
diámetro
mayor en la parte inferior. Este tipo de tarjas tiene rampas por dentro con
trampas y
la pista externa. con una pendiente mayor a
Ja interna. es para
terminar de acomodar las piezas y guiarlas a Ja siguiente etapa.
32
3 ALIMENTADORES VIBRATORIOS EN LA INDUSTRIA
L• raapa
3.3.•
La rampa es la pista por la que
van
a
pasar las piezas.
Como se
comentó en el punto anterior. la rampa puede estar colocada tanto
paredes interiores como en las exteriores de la tarja. y
en las
alimenta de la parte
inferior de la tarja hasta la parte superior de ésta en caso de ser interior, y de
la parte superior a la inferior en caso de ser exterior.
Las rampas externas. en ocasiones.
se emplean en caso de que se
requieran altas velocidades de alimentación;
ya que sobre éstas se pueden
poner varios canales de alimentación.
La pendiente y la longitud de ésta dependen tanto de la geometría de
la pieza que se desea alimentar como del material del que está hecha y
la
frecuencia de vibración de la tarja. La geometrfa de las piezas influye en la
longitud.
ya
colocarán
a
que
lo
dependiendo
largo
de
la
de
ésta
trayectoria
se
de
diseñarán
las piezas;
las
y
trampas
si
son
que
se
piezas
de
geometría complicada. se requerirá una mayor cantidad de trampas, y por Jo
Tanto el trayecto será mayor para que las piezas se vayan acomodando. El
material de las piezas influye en la pendiente y longitud. ya que el coeficiente
de fricción de éstas con las rampas. determinará la facilidad de transpone a
diferentes pendientes y
Ja necesidad de mayor longitud de las rampas para
'transportarse.
3 . 3 . 5 La• traapaa
Las trampas se encuentran, ya sea directamente sobre las rampas o en
las paredes de la tarja. Éstas tienen la función tanto de guiar las piezas y
modificar su orientación. como de desechar nuevamente hacia la base de la
33
3. At..IMENTADORES VIBRATORIOS EN LA INDUSTRIA
tarja aquellas que subieron en una posición inconveniente para ser orientadas.
En la siguiente figura (3.3.5) se muestran tres ejemplos de trampas.
En Ja primera figura se tienen tres trampas seguidas: la primera trampa
es
para
desechar las
piezas
que
están
amontonadas
o
paradas
sobre
la
cabeza. La segunda trampa es para alinear a las piezas en un mismo sentido y
la tercera trampa es para orientar a las piezas con la cabeza hacia arriba y
desechar a aquellas que no están en la posición correcta.
En Ja segunda figura se tiene una sola trampa que sirve para desechar
las piezas que vienen amontonadas y con esto. las deja pasar solo de manera
individual.
La tercera
figura
muestra
una
rampa
con
dos
trampas:
la
primera
trampa tiene la función de desechar las piezas amontonadas y dejar pasar sólo
aquellas
que tienen
una de
sus caras
pegadas a
la
rampa,
y
la segunda
deshecha a las piezas que tienen la cavidad hacia abajo.
Figura 3.3.5: trampas
34
3. ALIMENTADORES VIBRATORIOS EN l-"' INDUSTRIA
La cantidad de trampas y su forma dependen de la geometría de las
piezas, aunQue su diseño se hace de modo que se requiera la menor cantidad
de trampas posible para lograr la orientación deseada ya que cada trampa
hace que la eficieñcia en la velocidad de alimentación disminuya.
Algunos alimentadores vibratorios tienen chorros de aire para elevar la
velocidad de alimentación o
filtros
de aire finos,
y
la
la orientación. El sistema de aire no requiere de
presión
que
manejan es
alrededor
de
50 psi y
3
requieren hasta de 1 ft /min de aire.
En ocasiones en las rampas externas también ponen trampas y por lo
tanto, tienen otro canal externo que recibe las piezas rechazadas de estas
pistas. que son muchas menos a las rechazadas por las trampas internas ya
que éstas se deben recoger y volver a poner en la tarja, contrario a lo que
sucede con las piezas que caen por las trampas internas que simplemente
caen
con
las demás
piezas
y
pueden
volver
a
subir
por
las
rampas.
La
pendiente de las rampas internas es menor a la de las rampas externas, ya
que en las internas. se emplea el impulso dado por las vibraciones para que
las piezas
avancen mientras que con
las externas se emplean
tanto estas
vibraciones como la gravedad. La frecuencia de vibración está calculada de
modo
que el movimiento absoluto de las
piezas sea
ascendente
con
una
pendiente de las rampas fijas, así que hay que inclinarlas un poco más para
que la gravedad ayude a que el movimiento absoluto sea descendente en las
pistas externas.
3.3.6 Las ba••• y
•u uni6n
Las dos bases están colocadas horizontalmente. La primera, soporta a
los electroimanes v a los muelles o
flejes. Esta debe ser rígida y pesada, de
35
3 ALIMENTADORES VIBRATORIOS EN LA INOUSTRIA
modo que permita el paso de la menor cantidad
de vibraciones.
La mayor
pane de las vibraciones generadas por los electroimanes y los flejes deben ser
transmi'tidas a la tarja, por lo que esta base debe de estar lo más fija posible.
La segunda base es la que se encuentra después de la unión entre las bases Y
es
aquella
que
debe
amortiguar
las
vibraciones
que
hayan
logrado
pasar
después de la unión con la otra base.
La unión entre las bases se hace con unas patas colocadas en la pane
inferior de la primera base y debe ser de un material tal, que absorba la mayor
can'tidad
de
alimentadores
vibraciones
provenientes
vibratorios
no
se
de
coloca
la
primera
ninguna
base.
unión
En
en
algunos
especial,
simplemente se atornilla la primera base a una mesa, sin embargo, esto hace
que
la
masa de
la base y
de la
mesa
tenga que ser mucho mayor
para
amonlguar las vibraciones.
3.4 Otros alimentadores vibratorios menos comunes
3.4.1 A1iaentador••
a1i••ntaci6n
vibratorios
para
a1taa
ve1ocidad••
de
Para los casos en que se requieren altas velocidades de alimentación y
respuest"as rápidas, se han diseñado alimentadores vibratorios que no emplean
flejes para guiar el movimiento; en su lugar, 'tienen una parte que controla los
movimientos horizontales y otra que controla los verticales. Para lograr es'to,
se
pueden
colocar
electroimanes
que
se
encarguen
de
cada
uno
de
los
movimientos, teniendo que estar estos perfectamente sincronizados. Con es'ta
independencia en los movimientos es posible ajustar el movimiento en ambas
direcciones, de modo que se les puede adaptar una gran cantidad de tarjas
con diferentes rampas.
36
3. ALIMENTADORES VIBRATORIOS EN LA INDUSTRIA
De todas formas, se requiere de alguna parte flexible que sea la que
soporte a la tarja y que permita ambos movimientos. Por otra parte. al poder
controlar ambos movimientos independientemente, tienen
mayor flexibilidad
para poder adaptarles tarjas con rampas en el sentido horario o antihorario.
3.4.2 A1iaentador•• vibratorio• neu.Atico•
Los alimentadores vibratorios neumáticos se han diseñado
para
los
procesos de ensamble con ambientes explosivos, o para los casos en que se
requiere
alimentar
piezas
con
características
explosivas.
Para
estos
alimentadores vibratorios, se emplean también los flejes pero se sustituyen los
electroimanes por un elemento neumático.
La mayor desventaja de los sistemas neumáticos, en general. es que
tienen respuesta lenta; pero tienen la ventaja de que el sistema neumático
tiene un mayor tiempo de vida y se controla fácilmente para lograr diferentes
velocidades de alimentación.
3.5 Análisis del funcionamienlo y fallas de los alimenladores vibralorios en una
fábrica
En
la
fábrica
de
focos
OSRAM
emplean
al
menos
un
alimentador
vibratorio en cada línea de producción de los focos. En la siguiente tabla se
muestran algunas características de cada uno de estos alimentadores.
37
3. ALIMENTADORES VIBRATORIOS EN LA INDUSTRIA
Tabla 1: características de algunos alimentadores vibratorios de OSRAM
Pieza ... ue alimenta
casouillo
Capacidad de
40 p/min
entrena
Características
3 A. 2 fusibles de
eléctricas
5 A e/u, 220 V.
50 o 60 Hz con
regulador de
frecuencias
Cantidad de
2
electroimanes
Lugar en que se
en dos conjuntos
encuentran los
de flejes
electroimanes
diametralmente
onuestos
160cm::J"
Capacidad de la
taria
Material de los
acero
fleies
Con· de fle"es
4
Distribución de
:? laminas de 5 cm
los flejes
e/u
Inclinación de los
fleies
filamento
40p/min
casnuillo
44 p/min
bonuilla
30 p/min
0·2:?0 V
electroimiln de
0.25 A
3 A. O- 220 V
carga del
electroimán:3
A
50 o 60 Hz
1
1 A. 0-220
60 ciclos
debajo de la
tarja
debajo de la
tarja
debajo de la
tarja
lOcm·
160 cni 3
29cm
acero
acero
acero
4
3
2 láminas de l
y 2 mm de
esnesor
l lámina
2 ta.minas de 3
cm de espesor
v2*18crn
80.
so•
80°
80.
v.
Los alimentadores son de diferentes marcas y desde su adquisición, no
han tenido necesidad de reparaciones mayores. Tienen para ellos planes de
mantenimien'to preventivo en los que principalmente ajustan la distancia entre
el electroimán y
la parte fija
que lo atrae;
ya que si la dis'tancia es muy
pequeña. éstos se pueden quedar pegados y dañar tanto a la tarja como a los
flejes y
al electroimán. Si esta distancia es muy grande, el electroimán va a
consumir
una
mayor
cantidad
de
corriente
y
puede
quemarse
más
rápidamente.
38
3. ALIMENTADORES VIBRATORIOS EN LA INDUSTRIA
Las descomposturas más comunes que se han tenido en OSRAM en
los alimentadores descritos en la tabla. han sido los flejes que se han roto y
en los electroimanes que se han quemado; estas se han tenido en lapsos de 2
a 4 años. Se considera que éstas se han debido precisamente al tiempo que
se ha mantenido una distancia demasiado grande o demasiado chica entre el
electroimán y la parte fija de éste, antes de los ajustes.
3.6 Análisis de las panes criticas de un alimentador vibratorio
El electroimán es una solución que ha funcionado bien para obtener las
vibraciones. Sin embargo es una parte del alimentador vibratorio muy costosa
además de que es una de las partes que más falla.
dada la precisión que
requiere en el ajuste para evitar grandes corrientes que dañen el embobinado.
Su reposición es difícil,
ya que se requiere que sea
tanto de dimensiones
como de características específicas.
En
México
es
difícil
encontrar
electroimanes
de
diferentes
características, además de que las empresas que los venden sugieren a los
compradores que las refacciones se pidan directamente a las fábricas y. como
son Importados, su reposición resulta tardada y costosa.
Otra parte crítica son los flejes.
están
hechos es especial para
cargas
A
pesar de que el material del que
continuas.
éste
llega a
fatigarse 9
y
fracturarse. La llamada vida de fatiga se grafica como el esfuerzo contra el
número de ciclos para la falla, y sirve para determinar el esfuerzo límite hasta
el cual
Ci"I.
no habrá fallas por fatiga o el
esfuerzo que se puede aplicar a
un
La ratill'a e• un lipci de ralla que ocurre al M>me1er • un nYleNI a nuc:1 ...cionca ttp.,,lidaa de .;:ar¡ra; en c:ada e•ÍUerzo apli.;:ado ac
produc" una deíonnación phi•lica "n pc:qucAa• c:an1idades pero al .... r Csie repelido. """ produ"" una falla: la superficie de la
íra.:1u ... •• nonnal a la dirci;ciún del O:•Íuerzo de lon•ión pri""ip•I.
39
3. ALIMENTADORES VIBRATORIOS EN LA INDUSTRIA
material dado, para que la pieza dure una cantidad N de ciclos. Para hacer
estas
gráficas
dimensiones
se
hacen
patrón
con
diferentes
las
que
pruebas
se determina
de
la
fatiga
en
cantidad
probetas
de
ciclos
de
que
resisten.
Sin embargo.
a
pesar de
que
en
los
alimentadores
vibratorios
se
emplean aceros con alta resistencia a la fatiga, los flejes llegan a dañarse por
otros
movimientos
que
pueden
tener
que
no
están
considerados
o
por
esfuerzos excesivos a los que se someten al realizar de manera incorrecta la
calibración. Est.os son de simple reposición pero. al cambiarlos, requieren de
ajustes muy precisos para que el alimentador vibratorio quede balanceado.
40
4. OISEf\¡O CONCEPTUAL Y DE CONFIGURACIÓN
•- Diseno conceptual v de conflauraclón de un alimentador
vibratorio
4.1 Especificaciones de diseño
Al ser un alimentador vibratorio didáctico. su diseño deberá cumplir.
por lo menos, con las siguientes especificaciones:
·•
•
•
•
•
velocidad de alimentación variable
posibilidad de alimentar piezas de alrededor de 2x2x2 cm. de diferentes
materiales
se deberá poder comprobar la relación entre la dirección del movimiento y
el sentido de alimentación de las piezas
el mantenimiento deberá ser sencillo y de bajo costo
el costo del equipo deberá ser inferior al de los equipos comerciales
La
velocidad
de
alimentación
deberá
ser
variable
y
piezas/min que son las velocidades que se podrían llegar a
mayor
de
20
requerir en los
procesos de ensamble. Estas dependerán de variables que se deberán poder
ajustar fácilmente por los alumnos.
El tener la posibilidad de alimentar piezas de alrededor de 2x2x2 cm.
de diferentes materiales dependerá del tamaño de la tarja que se emplee. de
su material y de parámetros que se deberán poder controlar en el mecanismo
41
4. DISENO CONCEPTUAL V DE CONFIGURACIÓN
que se emplee para producir las vibraciones. Sin embargo, habrá piezas de
masas tan grandes que sean imposibles de alimentar, tales como piezas de
acero de Bcm
3
,
que quedarían el en límite de las especificaciones de tamaño y
de un material de alta densidad, o piezas con alto coeficiente de fricción dado
que en este tipo de alimentadores se
hace deslizar a
las piezas
por unas
rampas. Para alimentar piezas de estas dimensiones, se requerirá de una tarja
de alrededor de 30 cm de diámetro, y de acuerdo a esto, el alimentador no
deberá ocupar un volúmen mayor a 0.25 m
3
•
Para poder comprobar la relación entre la dirección del movimiento y el
sentido de alimentación de las piezas,
deberá tener flexibilidad
para poder
cambiar fácilmente cuando menos uno de estos dos parámetros.
Finalmente,
para
requerir
de
un
mantenimiento
sencillo
y
de
bajo
costo, se deberá poder ajustar, y ensamblar/desensamblar fácilmente, además
de que sus partes se deberán poder encontrar con facilidad. Como se busca
siempre en el diseño, su costo de fabricación deberá ser el menor posible: en
este
caso,
se
deberá
buscar
que sea
inferior al
de
los
que
se
emplean
actualmente en la industria, ya que no requerirá de ajustes tan precisos como
los que se buscan en los comerciales
por no ser parte de un proceso de
ensamble automático específico.
4.2 Primer análisis
Para hacer que las piezas suban la rampa de la tarja del alimentador
vibratorio, es necesario que ésta tenga movimientos tanto horizontales como
verticales. El movimiento resultante es un movimiento ··en espiral .. que crea
42
4. OISEr\10 CONCEPTUAL Y DE CONFIGURACIÓN
tanto fuerzas que hacen que la pieza suba y baje. dependiendo de la dirección
en que se mueve. como una fuerza centrífuga en las piezas para que éstas se
mantengan junto a las paredes de la tarja. El tipo de movimiento es similar al
de
un resorte:
venicalmente.
al comprimirlo.
y
cada
parte
de éste se
al soltarlo efectúa el mismo
mueve
movimiento
pero
horizontal
en
y
sentido
contrario.
En el caso del alimentador vibratorio. se realiza este movimiento pero a
altas
frecuencias;
se
cambia
constantemente
la dirección del
movimiento,
como si se comprimiera y soltara el resorte repetidamente. En cada cambio de
dirección del movimiento se aplica una fuerza inercial a la pieza que hace que
ésta tenga un movimiento va sea ascendente o descendente, dependiendo de
la dirección del movimiento. Si se varía la frecuencia, se puede lograr que el
cociente de la distancia recorrida en dirección ascendente entre la distancia
recorrida en dirección descendente sea mayor a uno.
Con ambas fuerzas. la centrífuga y
pieza sobre la
rampa
siguiendo su
la inercial, se logra mantener la
trayectoria.
Para
las alternativas
en
el
diseño del alimentador vibratorio, será necesario que las vibraciones generen
estas dos fuerzas sobre las piezas que se van a alimentar.
4.3 Propuestas para el diseño conceptual del alimentador vibralorio
A continuación se mencionan las propuestas hechas para el diseño del
alimentador
sustituir
las
vibratorio
partes
didáctico,
principales
las
en
cuales
el
son
sistema;
algunas
como
alternativas
son
el
sistema
para
de
accionamiento. el sistema Que guia el movimiento. el sistema de regreso y la
43
4. OISE¡qO CONCEPTUAL Y CE CONFIGUA:ACIÓN
tarja. Algunas de ellas se han descrito con más detalle para que se comprenda
más fácilmente el análisis que se hace posteriormente de cada una de ellas.
4.3.1 Di••6o de1 aiat. .a
d• accionaaiento
El sistema de accionamiento es aquél que se encarga que
la
tarja
realice el movimiento deseado, como se hace con el electroimán en algunos
de los alimentadores vibratorios
más comunes actualmente.
Para esto.
se
propone sustituir el sistema actual de electroimán con alguno de los siguientes
elementos:
•
•
•
motor de CA
motor de CD
sistema neumático
si.~tenaa
4 . .3.1.I Ventajas y desventajas de las configuraciones propue.1tlas para el
de
accionamiento
Los motores de CD tienen una gran flexibilidad con respecto a su tipo
de excitación, y su control es económico en comparación con el control de los
motores de CA. Sin embargo, son más grandes y caros Que los motores de
inducción equivalentes, y
requieren de mayor mantenimiento, principalmente
por el colector.
En cuanto a los motores de CA, comparando los síncronos y
inducción.
los
equivalentes.
síncronos
tienen
principalmente
a
mayor
bajas
rendimiento
velocidades.
que
los
Además,
de
los
síncronos pueden trabajar con un factor de potencia capacitivo o
los de
inducción
motores
unitario, y
44
4. OISEl\IO CONCEPTUAL Y DE CONFIGURACIÓN
su velocidad angular es constante. dada una frecuencia de alimentación. Sin
embargo. los motores de inducción son más baratos y trabajan a velocidades
de 900 a 1800 rpm con una potencia pequeña.
El alimentador vibratorio con un sistema neumático tiene la ventaja de
que con un buen cuidado. el tiempo de vida es largo. Los cuidados que se
requieren son de protección a la superficie de las piezas que componen al
pistón
para
evitar
golpes
que
ocasionen
fugas
tanto
de
aire
como
de
lubricante y el empleo de un buen sistema de compresión que p.-oporcione un
aire
adecuado
pa.-a
el
sistema
costos de mantenimiento y
neumático.
Las
desventajas,
son
los
altos
ope.-ación. ya que se .-equiere de un compresor al
que también hay que dar mantenimiento constante. Sin embargo los costos
iniciales de equipo que se requiere, tal como el compreso.-,
sustituye a
los
costos iniciales requeridos para el electroimán y su control. Además. tiene las
ventajas y desventajas que se mencionaron con los alimentadores vibratorios
neumáticos que se fabrican actualmente. tales como la facilidad para el ajuste
de la velocidad de alimentación, pero con la desventaja del gran tiempo de
respuesta que requiere.
4.3.2 Diae6o 4•1
Para
obtener
•i•t--•
el
que quía •1 aoviaiento
movimiento
deseado,
es
necesario
guiarlo,
como
actualmente se hace, por medio de los flejes. Para dicho efecto. se tienen las
siguientes propuestas. utilizando:
•
•
•
guías sobre la tarja
guías externas
rosca
45
4
A
DISEl\10 CONCEPTUAL Y DE CONFIGURACIÓN
continuación se explica brevemente el funcionamiento general de
cada una de estas propuestas.
4 . .3.2. J Alimenrador ••ihralorio con gMÍ1u.· j,'Ohre h1 tarja
Una
forma
de
lograr
el
movimiento
requerido
en
el
aliment:ador
vibratorio sustituyendo al sistema actual que emplea flejes. es colocando una
guía
sobre
la
tarja
movimiento deseado.
para
que.
Para ello,
por
medio
del
seguidor.
ésta
describa
se propone un alimentador vibratorio
el
con
guías en la tarja como se muestra en la figura 4.3. 1.
t----<d
Figura 4.3. I: alimentador vibratorio con guias en la tarja
a. guía del perno
b. tarja
c. seguidor
d. base
46
4. DISE~O CONCEPTUAL Y DE CONFIGURACIÓN
4 • .3.2.2 Alimentado,. ••ibratorio con guias exte,.nas
Otra
forma
de
lograr
el
movimiento
requerido
de
la
tarja
del
alimentador vibratorio. es colocando el seguidor en la tarja y las guías fuera de
ella sobre un cilindro que rodee al alimentador, como esquemáticamente se
muestra en la figura 4.3.2.
Figura 4.3 ..2: alimentador vibratorio con guias externas
a. tarja
b. guías externas sobre el cilindro
c. cilindro
d. base
47
4. OISEr\10 CONCEPTUAL Y DE CONFIGURACIÓN
4.3.2•.J Alin1en1ador v;braloriu con rosen
La tercera propuesta es un mecanismo que emplee una rosca como el
mostrado en la figura 4.3.3. En este caso. se propone colocar una rosca al
centro de la tarja con su respectiva caja roscada unida a
la base de la tarja
para alojarla cuando ésta última está en la parte más baja del movimiento. De
este modo. al hacer descender a
la tarja. ésta debe seguir el movimiento
impuesto por la rosca.
a
d
Figura 4.3.3: alimentador vibratorio con rosca
a. tarja
b. caja para la pieza roscada
e. pieza roscada fija
d. base
48
4. OISE"'O CONCEPTUAL Y DE CONFIGURACIÓN
4 . .J.2. 4
Ventaj0!6 y desventajas tle las con.figurt1cione.'i propuestas part• el .'iistenia que
g"ía el mot•imie1110
La ventaja
del alimentador vibratorio con guías en
la tarja
o
guías
externas es que se tiene un control muy preciso del movimiento que tendrá
ésta. Sin embargo. en comparación con el sistema que se emplea actualmente
con Jos flejes, es posible que se tengan más elementos trabajando lo cual
podría
reflejarse en
una disminución
en
la simplicidad
de
la
máquina.
En
cuanto al alimentador vibratorio con rosca, el costo de fabricación es muy
elevado.
4.3.3
Diaefto d•1
•iateaa de reqre•o
Algunas configuraciones con Jos accionadores propuestos hacen que
Ja tarja sólo realice el movimiento en una de las direcciones y que se requiera
de algún mecanismo adicional que la regrese a la posición inicial y que de este
modo
realice
el movimiento de
manera
repetida.
Para
esto
se
tienen
las
siguientes propuestas:
•
•
•
•
•
resorte helicoidal
resone de torsión
acoplamiento del motor: rótula
muelle
cilindro neumático con movimiento en dos ejes
Tanto el acoplamiento del motor como el cilindro neumático se han
mencionado
en
esta
parte
ya
que
es
necesario
diseñar
algún
tipo
de
acoplamiento que realice la función de regresar la tarja a la posición original.
Por ejemplo, si se empleara una leva acoplada al motor sin ningún otro tipo de
49
4. CISE~O CONC5:PTUAL Y OE CONFIGURACION
accionamiento de regreso, la leva sólo empujaría a la tarja sin regresarla a la
posición que ésta tenía antes.
con lo que el sistema no estaría completo.
Estas dos propuestas se detallan a continuación.
4 •.J• .J. 1 Alintentador ••ibratorio con acoplamiento al motor
Si se empleara un
motor para
originar el
movimiento.
se
propone
acoplarlo a una rótula ya que ésta tiene tres grados de libertad de movimiento
en
rotación
y
ninguno en translación.
10
Esto
permitiría
a
la tarja
tener el
movimiento que se requiere para alimentar las piezas. Esta propuesta tendría
una configuración similar a la que se muestra en la figura 4.3.4.
Figura 4.3 .4: alimentador vibratorio con rótula
a. tarja
b. rótula
c. motor
d. base
10. CHEVALIER. A •• 191!.ll. PªS· 2.S4.
50
4. orsEl\lo CONCEPTUAL y DE CONFIGURACIÓN
4.3. .3.2 Al/iMeMtador vibratorio con cilindro ne•1nático
Otra forma de lograr el movimiento requerido para el funcionamiento
del
alimentador
vibratorio.
es
por
medio
de
un
sistema
neumático.
Los
alimentadores vibratorios con sistemas neumáticos ya existen. sin embargo,
aquí se propone otra configuración con el mismo fluido de trabajo. el aire.
Actualmente existe un sistema neumático
11
que consta de un pistón con dos
grados de libertad: puede girar y desplazarse sobre su eje. como se muestra
en la figura 4.3.5.
Figura 4.3.5: alimentador vibratorio neumático
a. tarja
b. sistema neumático
c. base
11. C.láloSo FESTO. 1996.
pa••· l.llJ0-1
• l.3131-1
Sl.
4. OISE!\10 CONCEPTUAL Y DE CONFIGURACIÓN
4 . .3• .3.3 Ventajas y desve1ttajas de las conflgMraciones propM.estas para el sistenta de
regreso
Tanto los resortes como el muelle tienen características similares a los
flejes
en
cuanto
a
durabilidad,
costo,
mantenimiento
y
respuesta.
Sin
embargo, existen resortes de torsión diseñados especialmente para trabajar
con compresiones continuas. por lo que su tiempo de vida. comparado con el
de los flejes. podría ser mayor. El cilindro neumático y la rótula presentan la
desventaja del costo de adquisición y
mantenimiento. aunque la respuesta
resulta mejor. ya que sería más difícil que salieran de control.
4.3.4 Diaefto de 1a tarja
Una
parte
importante
en
el
diseño de
la
tarja
es
la selección
del
material del que se va a fabricar: este material debe permitir la elaboración de
la tarja con las rampas y trampas. Por otra parte. debe tener resistencia tanto
mecánica como a la abrasión y a la corrosión; debe hacerse de modo que su
vida útil sea larga. y se debe buscar que tenga un coeficiente de fricción con
las piezas a alimentar tal, que permita su movimiento.
Para esto, se proponen los siguientes materiales:
•
•
•
•
•
•
•
madera
madera forrada
plástico termoformable
plástico termoformable recubierto
lámina negra
lámina negra recubierta
lámina con revestimiento
52
4. OISEJQO CONCEPTUAL Y DE CONFIGURACIÓN
4 . .3.4.1 Ve111qjasy desve11tqjtn delos materiales propMeslospara la talja
Los materiales forrados presentan una mayor resistencia a la abrasión,
aunque la vida
útil del
recubrimiento es
menor a
la de
los materiales no
forrados. La resistencia a la corrosión es mayor para materiales como el acero
inoxidable. la madera o
el plástico. Sin embargo. es importante el costo de
manufactura y la vida útil de la tarja, ya que podría llegar a representar una
gran pane del costo tanto
inicial
como
de mantenimiento del
alimentador
vibratorio.
4.4 Selección de las aJ1ernali11as
Después de generar alternativas. es importante la correcta selección
de una
o
varias de ellas
que se
van a
desarrollar.
Esta
selección
puede
hacerse de varias formas; Ulrich y Eppinger 12 proponen las siguientes:
•
•
•
•
•
decisión externa: las personas que no integran el equipo de diseño como
pueden ser los clientes. seleccionan el diseño a desarrollar.
producto .. campeón"': la selección se hace con base en la opinión personal
de la mayoría del equipo de diseño.
intuición: la selección no está fundamentada en criterios específicos. sino
que se realiza de acuerdo a la que parece ser la mejor.
pros v contras: se elabora una lista de pros y contras de cada una de las
opciones y se toma una decisión en grupo.
prototipos v pruebas: se elaboran prototipos para que. de acuerdo a Jos
resultados de las pruebas en ellos. se seleccione la solución a desarrollar.
t:?. ULRICH K. T .• y EPPtNOER $.O .• l'ilYS.
53
4. 01SE1'10 CONCEPTUAL Y DE CONFIGURACIÓN
•
matrices de decisión: se le da un peso a cada característica y a cada
propuesta asociada con dicha característica; con el producto de estos
valores asignados se obtiene(n) la(s) solucion(es) con mayor puntaje.
Para cada una de las propuestas ya se han descrito las ventajas y
desventajas.
Sin
embargo.
se
considera
necesario
tener
un
parámetro
de
referencia para la selección de la configuración que se va a desarrollar en este
trabajo.
Se emplean
entonces las matrices
de decisión
para
evaluar
cada
configuración propuesta con los diferentes criterios que se han considerado
imponantes para dicha selección.
4.5 Matrices de decisi6n
Para elaborar una matriz de decisión, se colocan en la primera columna
los
criterios
criterios.
se
y
en
la
escribe
primera
el
fila
las
porcentaje
soluciones
que
se
le
propuestas.
asigna
a
Junto
cada
a
uno.
los
que
corresponde a la importancia de éste para la selección del diseño que se va a
desarrollar. Posteriormente se toma una solución que va a servir de base y
se
le asigna un valor intermedio (v.g., 3 si se emplea una escala del 1 al 5). el
cual se multiplica por el porcentaje asignado a cada criterio.Finalmente,
suman
los valores de cada solución
propuesta para
seleccionar
se
aquella
o
continuación se presentan las matrices que se elaboraron para
la
aquellas con mayor puntuación.
A
selección de las propuestas dadas en
el inciso anterior.
de acuerdo a
las
ventajas y desven'tajas que se mencionaron para cada una de ellas.
54
4. OISEl\JO CONCEPTUAL Y DE CONFIGURACIÓN
reaulación
mantenimiento
costo
acoolamiento
adnuis1ción
variedad
lugar de traba o
,_ A<-
SISTEMA DE ACCIONAMIENTO
electroiman
rnotorAC
%
12
3
36
3
36
15
45
3
45
3
10
3
30
3
30
15
3
45
3
45
8
3
24
4
32
6
3
18
4
24
n
10
3
30
2
20
mantemm1ento
6
3
18
4
24
8
3
24
4
32
20
5
3
15
4
2
3
6
5
10
3
3
9
3
9
100
300
32
ampli1ud
ll
motor OC
3
36
45
3
30
3
45
3
32
4
30
5
4
40
18
3
32
4
20
4
10
5
9
3
GUIA DEL MOVIMIENTO
fle·e
auias taria lauias extem.
3
45
1
15
2
30
1
20
3
60
1
20
3
42
4
4
56
56
4
80
3
60
4
80
3
18
2
12
3
18
3
30
3
30
2
20
7
3
1
7
21
1
7
4
3
12
4
4
16
16
4
3
12
4
16
4
16
10
20F
208
%
manufactura
facilidad
costo
15
20
14
20
6
10
durabilidad
lorecisión - conf1ab1lidad
ajuste
acoplamiento
mantenimientolfacilidad
ln411nodo
costo
~A<-
%
ac0Dlam1ento
durabilidad
manufactura facilidad
costo
a·uste - flexibilidad
mantenimie costo
facilidad
lceriodo
uesta - confiabilidad
resistencia a la fatiga
'
o AL
neumático
2
24
1
15
2
20
2
30
5
40
5
30
10
1
5
30
3
24
4
20
4
8
15
5
266
10
15
13
13
6
6
6
6
15
10
100
SISTEMA DE REGRESO
ne e
resorte helic. resorte lors
30
4
3
40
40
3
45
3
45
3
45
3
39
3
39
3
39
3
39
39
3
39
3
3
18
18
4
3
24
3
18
18
3
18
3
3
18
18
3
18
3
3
18
18
3
18
3
3
45
45
3
45
3
3
30
4
40
3
30
300
310
•
rótula
2
20
5
75
13
1
1
13
4
24
2
12
12
2
5
30
5
75
5
50
rosca
45
3
1
20
4
56
4
80
4
24
3
30
3
21
3
12
3
12
muelle
cil.neumat.
30
3
2
20
3
45
5
75
3
39
1
13
39
1
13
3
4
24
4
24
18
3
1
6
3
18
1
6
3
18
5
30
45
3
5
75
3
30
5
so
306
312
55
4. OISEl\.IO CONCEPTUAL Y OE CONFIGURACIÓN
TAR.JAS - MATERIAL
costo manufactura
facilidac:J -1 tram-as
resistencia
mecanice
COrTosrón
abrasión
tncc1on
vida Uhl
n'AO
""
24
10
9
14
14
5
24
100
mad.sola mad.torr 1.. last.solo
5
2
2
5
1
1
1
120
20
18
70
14
5
24
271
4
2
2
5
3
3
1
96
20
18
70
42
15
24
285
3
4
1
5
1
3
1
72
40
9
70
14
15
24
244
1ast.forr. acero 1nox lam ne ... lamforr
48
40
9
70
42
15
24
248
2
4
1
5
3
3
1
1
3
3
4
4
2
3
24
30
27
56
56
10
72
275
4
3
3
3
2
2
3
96
30
27
42
28
10
72
305
3
3
3
3
3
3
3
lam trat
72
4
96
30
3
30
27
27
3
42
3
42
42
3
42
15
2
10
72
3
72
300 300 .:!.10
De los resultados de las matrices de decisión, vernos que de acuerdo a
las características
que se
busca
que tenga
cada alternativa,
aquellas
que
tuvieron una mayor puntuación fueron las siguientes:
•
•
•
para
CA
para
para
para
el sistema de accionamiento: motores de CD o en su defecto, los de
la guía del movimiento: fleje o rosca
el sistema de regreso: resorte de torsión o rótula
el material de la tarja: lámina con revestimiento
Sin embargo, será necesario analizar las diferentes combinaciones de
ellas para obtener la solución final para el diseño.
4.6 .Diseño de configuraci6n
En el diseño de configuración se analizan las diferentes combinaciones
de
las
alternativas
descritas
hasta
ahora.
funcionamiento del sistema en su conjunto,
para
tener
una
ya que hasta ahora,
idea
se
del
había
analizado cada parte por separado. Con algunas de las alternativas propuestas
se realizaron pruebas. las cuales se describen con mayor detalle en el capítulo
5. De este modo, se tiene
la configuración del alimentador víbratorio para
posteriormente hacer el diseño de detalle.
56
4. DISEl'JO CONCEPTUAL Y DE CONFIGURACIÓN
De las ventajas y desventajas. podemos ver que para sustituir al fleje
se pueden emplear tanto la solución de las guías laterales como la de la pieza
roscada;
y
para
generar el movimiento.
ambas
soluciones
son
factibles
y
presentan ventajas en cuanto a costos sobre el alimentador vibratorio más
comúnmente empleado en la actualidad. Su única desventaja desde el punto
de vista del diseño. es la gran cantidad de piezas
piezas que se pueden fabricar o
que requieren;
pero son
sustituir con facilidad en México, mientras
que al emplear un electroimán se corre el riesgo de que la adquisición para su
reposición sea tardada. Sin embargo, de la matriz de decisión se vio que la
configuración con guías no es la mejor solución.
Si para el sistema de accionamiento se empleara ya sea un motor de
CD o de CA. se requeriría de un mecanismo que lo acoplara con la tarja y que
permitiera que ésta tuviera el movimiento requerido para la alimentación. Para
ello. se podría emplear una rótula con lo que se elimina la posibilidad de usar
el resorte de torsión;
en este caso, se tendría que colocar
la rótula
en el
centro y no se podría emplear la rosca o resorte de torsión que, forzosamente.
debe colocarse en el centro. Esta configuración emplearía entonces la rótula
para transmitir el movimiento y los flejes para guiarlo. Para ello sería necesario
fijar el motor a la base de modo que transmita todo su movimiento a la tarja y.
por otra parte. emplear una pieza excéntrica que una a la rótula y
al motor
para lograr el movimiento vertical.
Con el alimentador vibratorio con rótula, se puede suprimir el uso de
los resortes que se mencionaron con las propuestas de las guias ya que estos
se empleaban para dar el movimiento en ambas direcciones. lo cual estaría
haciendo en este caso el motor. Esta propuesta presenta la desventaja de la
57
4. DISEÑO CONCEPTUAL. Y DE CONFIGURACIÓN
cant:idad de piezas que se requeriré para la solución. pero en cuanto a cost:os,
con una buena selección de motor. el costo de fabricación v
sería
más
bajo
que
con
el
empleo
de
un
electroimán,
v
construcción
los
costos
de
mantenimiento serían similares.
Otra posible configuración es en la que emplean los flejes de la forma
como se colocan actualmente y un seguidor en alguno de sus sopones unidos
a la tarja para que de este modo. al acoplar el motor con una leva. se tenga.
por medio de éste. el movimiento en la tarja. En este caso no se requeriría
ningún otro sistema de regreso va que se contaría con los flejes. Esta solución
puede tener la
desventaja
de
que
si
se
coloca
únicamente un
motor,
el
sis'tema podría llegar a estar desbalanceado, y sería más dificil tener sincronía
en
el
movimiento
que
si
se
colocara
más
de
uno.
para
balancear
dicho
sistema.
4. 7 Selección definitiva
Para
realizar
el
diseño
de
un
alimentador
vibratorio
didáctico,
se
propone entonces, que se hagan pruebas con el sistema del motor y la rótula
para generar el movimiento y utilizar los flejes para dirigirlo. En la figura 4.6. 1
se
muestra
un
esquema
de
las
partes
que
componen
a
este
sistema
propuesto. En este esquema no se muestran los flejes, los cuales unen a la
base con la tarja inclinados 80ª con respecto a la horizontal. Se ha propuesto
esta inclinación para realizar las pruebas. ya que es un valor que está dentro
del rango permisible en las ecuaciones obtenidas del análisis dinámico que se
muestra en el
capitulo
6.
Por otra
parte,
se
propone
en este
disef'io
de
58
4. OISEtilO CONCEPTUAL Y DE CONFIGURACIÓN
configuración que se hagan las pruebas con 3 conjuntos de flejes para que de
este modo. se facilite la calibración.
flecha excéntrica
copie rigldo
motor -
~
--;:=-=-=-=-=-=-=-=-;=-=
l.______.._
J
tarja
I
-~~'--------
rótula
ble la
1
I
_ _ _____.I-
fleje
base
Figura 4. 7_ 1: configuración del sistema propuesto
59
S. DISEr\.10 DE DETALLE Y FABRICACIÓN
l. Diseno de detf!ll• y f•brlc•clón de un •limen1ador vibratorio
El diseño de detalle de este alimentador vibratorio se realizó con el fin
de fabricar un prototipo de pruebas y para que sirva de base en la fabricación
y construcción de un alimentador vibratorio en un futuro. Para la elabor-ación
del
prototipo
se
hicieron
algunas
modificaciones
para
adaptarse
a
los
elementos disponibles en el momento de fabricación; los elementos empleados
en el prototipo se han especificado en el capítulo de pruebas y ajustes.
En
este
capítulo
se
exponen
tanto
los
cálculos
realizados
para
el
diseño, como el material y método de fabricación de cada una de las partes o
la selección de éstas.
El alimentador está compuesto por los siguientes elementos, mismos
que se pueden obser-var en el dibujo de explosión incluido en el apéndice: una
base, tres conjuntos de flejes, un motor, una biela, un rodamiento, una rótula
y una tarja. Además, se requieren elementos de fijación, como los soportes de
los flejes y
de la rótula y
tornillería.
mismos que se incluyen en la lista de
material.
60
5. OISEr'.10 OE DETALLE Y FABRICACIÓN
5.J C>iseiio de la parte que generará las 11ibraciones
Para determinar las condiciones que deben existir en el movimiento de
las piezas en la tarja de modo que se tenga la velocidad de alimentación
deseada, se realiza el siguiente análisis dinámico. Se analiza el caso en que se
quiere hacer deslizar un bloque de masa 1T1p cuyo centro de masa se encuentra
en el origen del sistema coordenado, sobre una rampa de pendiente 9 con el
eje
x.
cuando
se
tiene
un
movimiento
de
vaivén
con
un
ángulo
t/J,
con
respecto a la rampa sobre la cual se está deslizando que le da al bloque una
fuerza inercial F;. dada por el producto de la masa rnp•
cuadrado de la velocidad angular
(1)
2
•
N. la aceleración de la gravedad por g
que
existe
dirección
+
entre
el
bloque
y
la
la amplitud a 0
y
el
La reacción normal está representada por
y
el coeficiente de fricción dinámica
superficie
es µ.
Si
el
bloque
avanza
en
x, se tiene el siguiente diagrama de cuerpo libre:
Figura S. 1 1 Diagrama de cuerpo libre
61
5. DISE¡\¡O DE DETALLE Y FABRICACIÓN
Equilibrio en x:
mpa 0 w
2
cos
4> =
µN
+ mPg sen 6
••• (5.1)
Equilibrio en y:
de donde,
••. (5.2)
Sustituyendo la ecuación 5.2 en 5.1,
mpaow
2
==::o- a 0 w
2
=:::>- ªº(&)
g
2
cos
4> =
tcos
=
µmpg
cos
et> + µ sen et>>
a - µmpaow 2 sen 4i +
= g(µcos a + sen 0)
mpg
sen
e
... (5.4)
sen e
cosq, +µsen et>
µ cos
Ahora.
e+
analizando
... (5.3)
..• (5.5)
el
caso
en
que
el
mismo
bloque
avanza
en
dirección -x. se tiene el siguiente diagrama de cuerpo libre:
Figura 5.1.2: Diagrama de cuerpo libre
62
5. DISEl\lO DE DETALLE V FABRICACION
Equilibrio en x:
mpg
+
sen 0
mpa 0 w
2
cos
4> >
..• (5.6)
µN
Equilibrio en y:
N
=
mpa 0 ro 2 sen
4>+
.•. (5.7)
mPg cos 0
Sustituyendo la ecuación 5.7 en 5.6.
mpg
+
sen e
2 (cos
:::> a 0 w
=>a 0 w
g
2
mpa 0 0> 2 cos
4> -
4> =
µ{mpa 0 ro 2 sen
4>+
mpg
cos 0) .•• (5.8}
.•. (5.9)
µsen <t>J = g(µ cose - sen 0)
= µcos0-sen0
µ cos <t> - sen 4>
Si
se
desea
que
... (5.10)
el
avance
en
+x sea
mayor
al
avance
en
-x.
comparando las ecuaciones 5.5 y 5.1 O (que el movimiento de las piezas sea
ascendente). se debe cumplir la siguiente desigualdad:
µ cose + sen e > µ cose - sen e
cosit> + µsenQ>
cos 4> - µ senq,
=>tanit> >
ta~e
... (5.11)
µ
De esta ecuación se obtiene además
entonces O
<
µ
2
<
que. dado que O
<
µ
<
1.
1 • por lo que para que se cumpla la desigualdad, será
necesario que. dado que 8 será siempre positivo por definición,
f/> tendrá que
ser también positivo. Esto implica que al ser <P la pendiente entre la rampa y la
fuerza inercial. es decir. un vector perpendicular a la cara de los flejes que son
aquellos que
provocan
opuesta
de
a
la
la
el
rampa,
movimiento.
es
decir,
la dirección de estos
que
si
la
rampa
sube
deberá ser
en
sentido
antihorario. los flejes deberán estar inclinados hacia la derecha.
63
5. DISEr\.10 DE DETALLE Y FABRICACIÓN
Entonces. con esta relación se pueden obtener teóricamente diferentes
combinaciones de los valores de las pendientes. dependiendo del coeficiente
de
fricción
que
alimentar y
se
tenga
entre
el
material
de
las
piezas
que
se
deseen
la superficie de la tarja. Sin embargo. hay que tomar en cuenta
otros factores tales como el que en la alimentación. las piezas se empujan
entre
ellas.
y
despeguen
puede trabajarse
de
las
rampas
y
a
se
una
velocidad
tenga
un
w
tal.
que
las piezas
comportamiento
pequeños saltos. como lo describen Habenicht y Ahrens.
de
estas
se
en
13
Para soponar la tarja e inducir el movimiento horizontal y vertical que
se requiere
para
que
las
vibraciones
orienten
y
alimenten
las
piezas.
se
seleccionó un acero para fleje que es aquél que se emplea para trabajar bajo
condiciones de fatiga. Los aceros para fleje tienen la designación AISI W1,
1075.
51
y
W2. 14 Estos aceros,
están templados
y
revenidos de manera
controlada. con lo que se aumenta su esfuerzo de fluencia para que se les
pueda aplicar un esfuerzo repetido inferior al de fluencia,
una cantidad
de
ciclos N.
Para
comprobar
la
resistencia
a
la
fatiga.
se
hacen
pruebas
con
probetas del material que se desea probar y de dimensiones normalizadas. En
algunos materiales como acero y titanio, la curva S-N es_ horizontal por lo que
debajo de esas cargas, se tiene un número infinito de ciclos de vida.
13. HABENICHT. O •• AHRENS. H .• 19111.
64
5. DISE~O DE DETALLE Y FABRICACIÓN
Algunos de los factores que alteran la cantidad de ciclos que resiste
una
pieza
endurece
sometida a
por
fatiga son el acabado superficial
medios
químicos
o
mecánicos
que
si
la superficie
produzcan
se
esfuerzos
superficiales de compresión. También se alteran los valores bajando el límite
de fatiga cuando se trabaja en un medio corrosivo. Por otra parte, un esfuerzo
de tensión reduce la vida por fallas debido a la fatiga.
Dado que en las dimensiones del fleje la razón entre el espesor y
el
ancho es muy pequeña, su análisis debe basarse en el análisis que se hace a
columnas. 15
El
análisis
se
hace
comúnmente
empleando
un
modelo
simplificado que susti'tuye a la columna por dos barras unidas por un resorte
helicoidal: éste se hace generalmente para encontrar la carga máxima que
puede aplicarse a la columna para que no sufra pandeo, ya que en general,
cuando en un mecanismo o
en una estructura se emplea una columna, se
desea que ésta permanezca rígida. Sin embargo, para este estudio se desea
calcular
la
carga
que
se
necesita
para
producir
una
deformación
en
la
columna.
Se emplea este modelo simplificado ya que se puede suponer que la
mayor deformación de la columna se encontrará en su plano medio donde, en
el
modelo,
se
encontrará
un
resorte
que
contrarrestará
los
momentos
efectuados por las fuerzas aplicadas P, como se muestra en la figura 5. 1 .3. y
tendrá una constante de elasticidad k
igual a
la que presenta el material del
que está hecha la columna. en estas condiciones.
En la literatura. se emplea el término estable para las columnas que
concentran
toda
su
carga
en
el
sentido
axial
y
que
no
han
sufrido
perturbaciones que hayan hecho que la vertical quede fuera de su posición o
65
S. DISENO DE DETALLE Y FABRICACIÓN
en las cuales la carga P que se ha aplicado es tan pequeña que permite que el
sistema regrese a su posición original. Pero al sufrir Ja mínima penurbación
con una carga dada, mayor a
la crítica.
esto es, que P>P,m
entonces el
sistema es inestable y sufre pandeo.
Figura 5.1.3: modelo para el pandeo de columnas
Para el cálculo de la carga crítica que produce pandeo en la columna.
se considera que su deformación está en el rango elástico de modo que ésta
se define como:
18
... (5.12)
donde.
E
módulo de elasticidad =
BEER. F .• JOHNSTON. R .• 1993.
P•~•·
200 MPa
16.?. 638.
66
5. DISEÑO OE DETALLE Y FABRICACIÓN
1 =
1=
momento de inercia en el plano de deformación
1 ~bh
3
=
1 ~ x 31.72x 10-
3
x (0.94x 10- 3
}
3
(m
L.= longitud equivalente de la columna
4
)
=
2L. dado que se considera
que la barra tiene un extremo fijo y uno libre. con L =
Se obtiene entonces
que la carga
0.23 (mi
que hay que aplicar
para
poder
iniciar la deformación de cada fleje con las características dadas es de Pcr
=
20.5 (N). Sin embargo. los flejes están también sometidos a torsión. El par
necesario para el cálculo de la torsión de los flejes es:
donde. dado que a
a/b =
~ ..m
=
=
31. 72e-3 y b
33. 74. con lo que c
Sy/2
=
1
=
=
0.94e-3.
0.333
500 (MPa)
De aquí se tiene que el par necesario para la torsión es de 4.67 (N·m).
Para conocer el comportamiento de la flexión de los flejes se realizó un
análisis geométrico. en el cual se consideró fijo el punto de sujeción del fleje
con la base del alimentador. Al inicio del movimiento, el punto de unión con la
tarja se encuentra a una ciena altura. al llegar al punto de máxima amplitud de
la vibración. éste punto se desplaza una distancia x. La posición que adoptará
el fleje es aquella en la que haya empleado la mínima cantidad de energía para
el movimiento. Para encontrar ésta posición, se consideraron cinco nodos en
cada fleje. como se muestra en la figura 5. 1 .4. Estos nodos están unidos por
medio de eslabones rígidos.
67
5. DISEr\10 DE DETALLE V FABRICACIÓN
Figura 5.1.4: Nomenclatura utilizada en los flejes
En
la figura
5.1.5 se
muestra lo siguiente:
la posición original del
sistema formado por los segmentos GA, A.JM y
MF. estando M
horizontal R1. Al moverse. como GA está fijo y
AJ es un eslabón rígido. J
en la recta
sólo se puede mover sobre el círculo C1 y M se mueve sobre el círculo C2. de
centro J.
J se desplaza a J•, adoptando M la posición M 1. que es la intersección
del círculo C2' con la recta R2. la cual se encuentra a la distancia x
de la
recta R1. Se calculó la suma de las flexiones de la siguiente forma:
68
5. OISEl\IO DE DETALLE Y FABRICACIÓN
Con esto se demuestra que el movimiento que requirió mínima energía
para alcanzar la posición deseada. se encuentra cuando AJ'M1
permanece
igual a 180°. por que los ónices lugares en los cuales se flexiona el fleje, es
en los puntos A y M1.
F1
l=I: 1
R2
(1
Figura 5. l .5: Configuraciones posibles
Sin embargo. al existir también un pequeño movimiento en rotación.
éste hace que los flejes se flexionen también en su parte central.
De este análisis. se pueden obtener los puntos de mayor probabilidad
de falla a la fatiga. además de que al saber que el fleje se flexiona en sus
soportes, será Importante que el diseño permita una flexión más suave en
estos puntos.
69
5. DISEÑO DE DETALLE Y FABRICACIÓN
De Ja selección deJ motor con Jas matrices de decisión reaJizada en el
capítulo anterior. se recomienda el uso de un motor CA con un controlador de
frecuencias. principalmente por su costo y facilidad de adquisición.
Para el tamaño del motor. se tiene una potencia
donde Tes el par necesario para deformar los flejes.
IV
tal que
Se tiene quo
U,..
=
=
T
Tr1.J,
Fd,
siendo F la fuerza necesaria para doblar los flejes; se emplean 3 conjuntos de
dos flejes cada uno, y se toma una sola fuerza, la mayor entre la de pandeo y
la de torsión: tomaremos 30 N para doblar cada fleje. No se ha considerado la
inercia de la tarja. ya que la fuerza necesaria para moverla es despreciable en
comparación
con
aquella
para deformar los flejes.
Si
se considera
que
l;i
excentricidad des de 1.5 mm. entonces se tendrc:i que la potencia necesaria
es de 1120 hp; se puede emplear un motor de CA de 1/4 hp que trabaje hasta
a
1500 rpm. ya que a partir de Jos resultados de las pruebas. se observó que
la frecuencia natural de vibración era de O. 13 Hz. cuando el motor trabajaba a
470 rpm. Las piezas son alimentadas cuando el motor trabaja alrededor de
esta velocidad por lo que se ha dejado un margen por si se llegaran a cambiar
las condiciones en el alimentador.
Para la flecha de dicho motor. se ha realizado el cc:ilcu/o del diámetro
basándose en que existe una flexión alternante y
una torsión
acuerdo al procedimiento para el diseño descrito en Shigley.
17
continua.
De
por el método
de Soderberg se tiene que la distancia está dada por:
70
5. OISE!\10 DE DETALLE Y FABRICACIÓN
5.1.3 Se1ecci6n 4•1 aotor
De ta selección del motor con las matrices de decisión realizada en el
capítulo anterior, se recomienda el uso de un motor CA con un controlador de
frecuencias. principalmente por su cost.o y facilidad de adquisición.
Para el tamaño del motor. se tiene una potencia
iv
tal que
iv =
Tw,
=
F-d,
donde Tes el par necesario para deformar los flejes. Se tiene que T
siendo F la fuerza necesaria para doblar los flejes; se emplean 3 conjuntos de
dos flejes cada uno. y se toma una sota fuerza, la mayor entre la de pandeo y
la de torsión: tomaremos 30 N para doblar cada fleje. No se ha considerado la
inercia de la tarja. ya que la fuerza necesaria para moverla es despreciable en
comparación
con
aquella
para
deformar los flejes.
Si
se considera
que
la
excentricidad d es de 1 .5 mm, entonces se tendrá que la potencia necesaria
es de 1120 hp: se puede emplear un motor de CA de 114 hp que trabaje hasta
a 1 500 rpm, ya que a partir de los resultados de las pruebas, se observó que
la frecuencia natural de vibración era de O. 13 Hz. cuando el motor trabajaba a
470 rpm. Las piezas son alimentadas cuando el motor trabaja alrededor de
esta velocidad por lo que se ha dejado un margen por si se llegaran a cambiar
las condiciones en el alimentador.
Para la flecha de dicho motor. se ha realizado el cálculo del diámetro
basándose en que existe una flexión alternante y
una torsión continua.
De
acuerdo al procedimiento para el diseño descrito en Shigley, 17 por el método
de Soderberg se tiene que la distancia está dada por:
17. SHICLEY. J .• MtTCHEl-L. 1-.• 1<,11!:-;. pa¡j! ... J07-J:?t>.73o.11.ll:?·lltl.4.
70
S. CISE~O CE DETALLE V FABRICACIÓN
donde:
n
=
factor de seguridad
T
=
par máximo =
2
W
w
Se considera un motor con una potencia de 1/4 hp y una velocidad angular de
3600 rpm. lo cual nos da un par máximo T = 4.425 lb·in
Sv = resistencia a la fluencia =
77 kpsi para un acero 1040 CD
M = momento critico; para una flecha de 4 (cm) entre apoyos. y una fuerza
de 6 x Pm•• CPm•• es la fuerza máxima entre la fuerza necesaria para el pandeo
y la fuerza necesaria para la torsión de los flejes que se tomará como 30 N. y
considerando nuevamente que hay tres conjuntos de flejes con dos flejes cada
uno). es de:
M
63. 73 (lbf-in)
k. =
factor de acabado =
kb =
factor de tamaño =
kc =
factor de confiabilidad
kd =
factor de temperatura
k. =
factor de concentración de esfuerzos
Q
=
O. 75
0.869 d -0.97 =
0.869 (tomando d
1 •• ,
0.897 (90%)
1
1+q(K, -1}
, donde:
0.85
de donde, k. = o.a
71
S. OISEr'.10 DE DETALLE Y FABRICACIÓN
k, =
factor de efectos diversos =
S"
s·
de donde.
1
límite de resistencia a la fatiga de la muestra
0.55 SuT =
s.
=
0.55 X 91 (kpsi) = 45.5 {kpsi)
22. 75 {ksi)
Se tiene entonces. que el diámetro de la flecha debe ser superior a d
0.385 (in). por lo que se sugiere que se emplee una flecha de 1 /2" de
diámetro.
Se
emplea
un
acero
1 040
CD.
dado
que
es
un
material
muy
comúnmente empleado para las flechas de motores; al ser estirado en frío,
tiene
una
mayor
resistencia
a
la
fluencia,
y
con
el
recocido
se
eliminan
esfuerzos residuales recuperando su ductilidad.
5.1.4 &e1ecci6n d•1 rodaai•nto para •1 cop1• con •1 motor
Los rodamientos se seleccionan con base en la dirección y dimensión
de las cargas que deberán soportar. Sus especificaciones como dimensiones y
cargas que deben soportar están normalizados,
por lo que los
fabricantes
deben proporcionar tanto las dimensiones (diámetro interior y exterior, ancho,
radio de curvatura de los filetes) como las cargas que soporta (carga estática
y dinámica) y
la velocidad angular máxima a la que debe hacerse girar una
parte del rodamiento con respecto a la otra.
Dado que el balero de este alimentador vibratorio estará sometido a
pequeños esfuerzos tanto radiales como axiales. se recomienda el uso de un
rodamiento rígido de una hilera de bolas: SKF 61 802. 18
111. Cal.liloaz ... SKF.
1990. p11 •. -
72
5. DISENO DE DETALLE Y FABRICACIÓN
S.2 Diseño de la base del alimentador vibratorio
La base del alimentador vibratorio es un elemento importante
contrarrestar las vibraciones.
para
Considerando que el alimentador vibratorio es
equivalente al sistema mostrado en la figura 5.2. 1. se tiene que la masa m
necesaria para que esta masa no tenga movimiento, y
2
todas las vibraciones
> M.
sean transmitidas a la tarja, cumpla rn 2 g> F, y µNr
µ.Nr
Figura 5.2. 1: diagrama de fuerzas y momentos
Si F,
es
la
fuerza
ejercida
para
mover el
sistema.
entonces
emplea un motor de 1 /4 hp a una velocidad angular de 1 500 rpm y
excentricidad ( 1. 5 mm J. entonces de acuerdo a: T
por lo que se requeriría una masa m
momento M es tal que M
flejes).
entonces con µ
=
=
=
F-d
=
W.
F
=
si
se
d es la
792 N,
"'
2
mayor de 80 kg. Por otra parte, si el
6 x T (T es el par de torsión para cada uno de los
0.6,
y
N
=
800 en el
punto en
que la
tuerza
ejercida por el motor es en dirección contraria a la normal, y por lo tanto, la
normal es máxima y se tendrá entonces que r
> 6 cm.
73
5. DISEr\zO DE DETALLE Y FABRICACIÓN
Se sugiere que la base sea fundida y que posteriormente se realicen
los roscados. El material puede ser un hierro fundido. respetando los cálculos
de masa y radios.
5.3 Diseño de la tarja
En el capítulo anterior se seleccionó una lámina con revestimiento para
la tarja. Por el pequeño volumen de fabricación éstas, se recomienda que se
haga con pailería pero respetando las tolerancias descritas en los planos. El
revestimiento se selecciona de acuerdo a las piezas que se deseen alimentar;
si
se
quiere
resina
alimentar
plástica
y
piezas
frágiles.
elastómeros.
sin
se
recomienda
embago
este
un
tipo
revestimiento
de
de
revestimientos
aumentan el coeficiente de fricción; para otro tipo de piezas (de plástico o
metálicas) se
que
ambos
recomiendan revestimientos
protejan
el
material
contra
de cromato o
la
abrasión.
Si
electroplateado
se
selecciona
ya
un
electoplateado. se recomienda que éste se realice tanto a la tarja como a la
rampa antes de soldar ésta última. ya que éste facilita la soldadura.
5.3.1 Di••fio de ia raapa
La
rampa
debe
tener
una
pendiente
que
cumpla
las
ecuaciones
obtenidas en el análisis dinámico de la sección 5.5. 1. De acuerdo a pruebas
hechas
(descritas
en el capítulo
6).
se observó que se
obtenían mayores
velocidades de alimentación con rampas con pendientes de 2.5°.
74
5. DISENO DE DETALLE Y FABRICACIÓN
5.3.2 Di••Ao de 1aa traapas
Un aspecto importante en el diseño del alimentador vibratorio es la
velocidad de alimentación. Cuando las piezas se hacen subir por Jas rampas
sin trampas, esto es, cuando no se requiere de una orientación panicular. la
velocidad de alimentación es considerablemente mayor que cuando las piezas
pasan
por
cantidad y
trampas;
Ja
velocidad
de
alimentación
tipo de trampas que se colocan.
va
se
ve
afectada
por
Ja
que éstas desechan hacia la
tarja una buena pane de las piezas que están en las rampas. Es por esto que
es importante diseñar las trampas de modo que se coloque la menor cantidad
de éstas y en el orden en que desechen la menor cantidad posible de piezas a
la tarja.
Se
propone
entonces
el
siguiente
método
para
diseñar
el
tipo
y
cantidad de trampas que se colocarán en las rampas de modo que la eficiencia
de alimentación sea la mayor posible:
1. Dibujar todas las alternativas posibles de trampas
para obtener Ja
orientación deseada de las piezas: seleccionar las alternativas que al
combinarlas, den la posición deseada de la pieza. empleando la menor
cantidad de trampas.
2. Analizar si es posible sustituir una o varias trampas por alguna guía que las
oriente a Ja salida del alimentador.
3. Colocar a
granel varias piezas sobre una charola
y
hacerla vibrar
horizontalmente. Ver Ja probabilidad de tenerla en las diferentes posiciones
posibles. para determinar Ja posición natural de las piezas; ésta se puede
determinar también ubicando el centro de gravedad y haciendo un análisis
de fuerzas.
4. Colocar las trampas en un orden tal que Ja primera elimine Ja(s) posiciones
que tengan menor probabilidad de obtenerse. la segunda las que tengan
una probabilidad un poco mayor y así succesivarnente.
75
S. DISE!\10 DE DETALLE Y FABRICACIÓN
Es imponante que la eficiencia de alimentación sea la mayor posible la
cual está dada por la relación entre la velocidad de alimentación de una pieza.
sin que pase por trampas y la velocidad de alimentación de esta pieza al pasar
por las trampas. Para determinarla, Boothroyd 19 ha creado una técnica usando
matrices.
Propone
crear
orientaciones
posibles
representa
cantidad
la
una
matriz de
n
que
puede
adquirir
de
piezas
que
x
n
la
estén
donde
pieza.
la
en
n
En
es el número de
esta
matriz,
orientación
a
y
AA
que
permanezcan en esta orientación, AB representa la probabilidad de que las
partes
en
Ja
posición
a
que
se
reorienten
en
la
posición
b,
y
así
succesivamente. Esta matriz está multiplicada por una matriz que representa
las posiciones después de pasar por la segunda trampa, y están multiplicadas
por una matriz que representa las posiciones después de pasar por la tercera
trampa.
La
cantidad
de
matrices
que
se
deben
poner
depende
de
las
orientaciones que las trampas van eliminando. La matriz de n x 1 que se tiene
después de multiplicar las matrices representa
el porcentaje de las piezas que
al entrar en cada una de las posiciones sale en la posición deseada. Si esta
matriz se premultiplica entonces por la matriz de
1
x
n
que representa la
probabilidad de obtener cada una de las posiciones, en porcentaje, se obtiene
entonces la eficiencia del sistema.
ab
caba
a
19. BOOTHROYD. G:. 1992. P"'#•· 62-64
76
5. OISE~O DE DETALLE Y FABRICACIÓN
Al multiplicar esta eficiencia por ta velocidad de alimentación sin poner
trampas. se obtiene Ja velocidad de alimentación con orientación de las piezas
de una manera aproximada.
Para el diseño de la forma de las trampas. es importante conocer la
trayectoria de las piezas, ya que se debe asegurar que las piezas queden en
determinadas posiciones con respecto a
las trampas. Típicamente.
ésta es
como la que se muestra en la figura 5. 3. 1. Esta trayectoria es igual para todas
las piezas.
pero cada
una tiene un avance.
retroceso y
salto de diferente
longitud.
~-:l. •s~~·-.
::VJ.m~:.
J
resbala
hacia atrlls
útil
resbala
hacia adelante
Figura 5.3. 1: diagrama de la trayectoria de una pieza
Dependiendo de las piezas que se desee alimentar y
de
alimentación,
cantidad
se
de trampas
deberán
realizar
necesarias.
y
pruebas
con
a
éstas
de su velocidad
para
ello determinar la
determinar
eficiencia
la
antes
mencionada. así como los parámetros mostrados en Ja figura 5.3. 1. 20
:?0.
lJn cjcrnrlo de n:MdilaolO• de CM.a• pru"b. . """"en BOOTHROYD. G .• 1"'9:?.
77
5. OISEr\10 DE DETALLE Y FABRICACIÓN
En
la
figura
5.3.2.
se
muestran
propuestas
de
trampas
intercambiables. La figura de la derecha representa una sección de rampa a la
que se
le
ha insertado una trampa.
misma
que
puede
sustituirse por las
trampas representadas en las otras dos figuras.
Figura 5.3.2: ejemplos de 1rampas intercambiables
S.4
Fabricaci6n y construcción del alimenlador vibratorio
Para la fabricación del alimentador vibratorio es necesario considerar
las tolerancias especificadas en los planos que se incluyeron en el apéndice.
ya que de lo contrario. se tendrían movimientos adicionales a las vibraciones
que se requieren. Por otra parte. los materiales y medidas que se han sugerido
en este capítulo y en los planos pueden variar. pero cuidando que respeten los
resultados de los
c~lculos
mostrados en este capítulo.
78
ESTA TESIS llD DEBE
'\WR DE U BllUOTECA
5. OISEr\10 DE DETALLE Y FABRICACIÓN
Para
la
construcción
del
alimentador
deberá observarse el plano de
conjunto, ya que hay partes de las que no se han incluido
especifican en la llst.a de partes. que se
planos pero que se
encuentra al principio del apéndice. o
que pueden verse en el plano de explosión.
79
6. PRUEBAS Y A.JUSTES
6. Pruebas y alust&• al elimenh!dor vibratorio
La construcción del prototipo del alimentador vibratorio se realizó con
el fin de hacer las pruebas necesarias para vigilar el buen funcionamiento
tanto del mecanismo que se encarga de las vibraciones y por lo tan'to de la
alimentación.
como
de
las
trampas
que
se
encargan
de
la
separación
y
orientación de las piezas.
Se hicieron básicamente dos tipos de pruebas con el prototipo que se
construyó del alimentador vibratorio. Las primeras fueron para comprobar la
pendiente de la rampa a la cual las piezas se desplazaban a mayor velocidad.
Y
las segundas se realizaron con el fin de hacer mediciones de velocidad de
alimentación a diferentes frecuencias de vibración con piezas de diferentes
materiales.
Estas pruebas se realizaron con un motor trifásico de 1 hp y 3600 rpm
conectado a un controlador con un rango de O a 60 Hz. El ángulo de los flejes
empleado fue de 80° con respecto a ta horizontal y
diámetro.
La
figura
6. 1 .1
es
una
fo'tograffa
del
las tarjas de 40 cm de
prototipo
con
el
que
se
realizaron es'tas pruebas.
80
6. PRUEBAS Y A.JUSTES
Figura 5.4.3· fotografia del prototipo para pruebas
6.1 Pruebas
a.1.1 R•1aci6n entr•
d• a1i••ntaci.6n
Como
anterior,
para
se
ve
que
en
las
1• p•ndi•nt• de
el
desarrollo
piezas
suban
1• r . .pa y
del
análisis
por
la
1• V•1ocidad
dinámico
rampa,
es
en
el
necesario
capítulo
que
su
pendiente cumpla con la relación 5. 11. Tomando un coeficiente de fricción µ
de 0.6 y
un ángulo de inclinación de los flejes de 80° con
horizontal, entonces
4t
=
1O -
e,
respecto a
la
de acuerdo a lo que se muestra en la figura
6.1.2:
81
6. PRUEBAS Y A.JUSTES
Figura 6. 1.2: diagrama con Jos ángulos
Con estas condiciones, se tiene que O
<
e
<
2.6°.
Se realizaron
entonces pruebas con rampas de 0.5°, 1°, 1 .5°, 2° y 2. 5° de plástico estireno
y con cilindros de madera de 2 cm de diámetro y 1 cm de altura encontrando
que la rampa en la que se tenía una velocidad de alimentación mayor con el
motor a velocidades alrededor de 500 rprn fue con la rampa de 2.5°.
•. 1. z ••die ion•• de veJ.oc:i.dad de aJ.i.••ntaci6n a
direrentea
rrecuenci•• de vibraci6n con pi•••• de d:i.rerentea aaterial.••
Estas pruebas se realizaron variando la velocidad del motor con el
controlador,
y
empleando tanto piezas de madera como piezas de plástico
como las que se muestran en la figura 6. 1 .3. La tarja de este prototipo de
pruebas es de madera con una pendiente de las rampas de 2.5°. Se empleó
una trampa para dirigir a las piezas hacia una misma salida de la tarja. Para
estas pruebas se colocaron aproximadamente dentro de la tarja 1 50 piezas de
madera para unas pruebas y 300 piezas de plástico para las otras.
82
B. PRUEBAS Y AJUSTES
2.2
1.4
acotaciones en [cm]
Figura 6.1.3. piezas para las pnJebas
Los resultados de estas pruebas fueron la obtención de la frecuencia
natural
de
vibración.
y
las
velocidades
del
motor
convenientes
de
vibración
para
determinadas velocidades de alimentación.
Para
vibratorio.
aquella en
medir
se
la
la
frecuencia
hizo girar el
que
las
motor a
vibraciones
natural
diferentes velocidades
tenían
mayor amplitud.
natural se halló con una velocidad angular del motor de
dado que f =
60/C&>n, entonces f
Ci>n
del
alimentador
hasta encontrar
Esta
=
frecuencia
470 (rpm). y
= 0.13 Hz.
Para obtener las velocidades del motor para determinadas velocidades
de alimentación. se realizaron pruebas con diferentes velocidades en el motor
y se tomaron 5 medidas de velocidad de alimentación en piezas/min para cada
velocidad del motor. obteniendo los resultados de la tabla 2.
83
6. PRUEBAS V AJUSTES
Tabla 2
piezas
alimentadas
velocidad
de media
(pzas/min)
alimentación
mediana
desviación
estándar
madera
410
(*)
(*)
(*)
plástico
410
16
17
3.54
madera
430
77.2
84
11 .95
plástico
430
39.8
42
4.82
madera
500
93.4
92
10
plástico
500
115.8
130
19.6
madera
550
65.6
71
10.36
plástico
550
68.2
66
7.95
( •) no hubo mov11111c1110 de las p1cz.as
De estos resultados. podemos ver que ras medidas son aceptables al
tener una
mediana
muy cercana a
la media.
la velocidad
de alimentación
depende también de la carga de piezas en la tarja ya que estas se empujan
entre
sí
para
subir
la
rampa;
se
puede
considerar
que
las
variaciones
encontradas en las pruebas, se deben entonces a las diferentes cargas que se
tenían en la tarja.
De los valores hallados. se elaboró la gráfica de la figura 6.1 .4 la cual
se muestra a continuación:
84
6. PRUEBAS Y AJUSTES
comp•r•ción d• I•• v•locid•d•a de
alimen. . clón
m:~152fíjj =====:,
400
520
440
560
v•k>cklad d•I motor (rpm)
Figura 6 1.4: grB.fica de velocidades de alimentación
De
esta
gráfica
se
observa
que
las
piezas
de
madera
tienen
una
velocidad de alimentación más constante en el rango en que se midió; aunque
como se puede ver de la tabla de datos. hay un rango muy amplio en el que
no tienen movimiento, mientras que en las de plástico se alimentan en un gran
rango
en
la
velocidad
del
motor
con
velocidades
de
alimentación
muy
variables. Estos resultados se deben principalmente al coeficiente de fricción
entre las piezas y la rampa, ya que como se dijo anteriormente, se empleó una
rampa de madera. En el caso de las piezas de madera. en el momento que
vencen la fuerza de fricción, se mueven fácilmente considerando que ahora su
coeficiente de fricción, al ser dinámico, se reduce en un 25°/o. Sin embargo,
en el caso de las piezas de plástico. éstas tienen un coeficiente de fricción
menor con la madera de las rampas, por Jo que logran desplazarse con una
menor cantidad de vibraciones.
De los resultados se observa también que Ja velocidad de alimentación
mayor se tiene cuando la velocidad del motor es de 500 rpm; sin embargo,
ésta se debe seleccionar de acuerdo a las necesidades de alimentación. Por
otra parte, se recomendaría que se alimente a velocidades menores a aquellas
85
S. PRUEBAS Y A.JUSTES
en las que se tiene la frecuencia de resonancia. ya que de lo contrario.
al
pasar por esta velocidad puede causar daños al alimentador.
6.2 Calibración
Antes de obtener los datos aquí mencionados. se realizó una serie de
ajustes en el prototipo que son importantes y se deben tomar en cuenta al
operar el alimentador vibratorio didáctico.
En primer lugar. la precisión en la alineación de las piezas. tales como
que la flecha del motor o
la tarja sean horizontales,
influye mucho en los
resultados obtenidos. Las rampas deben estar ligeramente inclinadas hacia las
paredes de la tarja para que de este modo, se pierdan menos piezas que
pudieran caer nuevamente a la base de la tarja al ser empujadas por las que
vienen atrás.
Otro parámetro de calibración imponante es la excentricidad. Por ello
en
este alimentador
vibratorio didáctico la
excenYricidad
que
existe
en
la
flecha que une la flecha del motor con la biela (ver planos del apéndice), se
puede modificar al girar ligeramente la rótula.
Finalmente,
se
alimentador vibratorio,
observó
la
importancia
de
fijar
perfectamente
el
ya que de lo contrario parte de las vibraciones que
deberían transmitirse a la tarja se pierden, variando con ello la velocidad de
alimenTación. Esto se ha considerado en el diseño de la base. pero a pesar de
ello, es importante fijar correctamente el alimentador.
86
6. PRUEBAS Y AJUSTES
6.3 .l\iusles
El diseño se he hecho de modo que se puedan realizar ajustes para
variar parámetros en la alimentación. Los ajustes posibles son:
•
velocidad del motor
•
excentricidad; se puede cambiar fácilmente la flecha que une al copie rígido
y a la biela
•
trampas; se ha sugerido aquí una forma posible de las trampas para que
éstas puedan ser cambiadas fácilmente
•
sentido de orientación de los flejes; se ha diseñado Ja base y los soportes
superiores de los flejes de modo que se pueda modificar fácilmente su
orientación
Estas partes no se han dejado fijas. para que el alimentador cumpla
con su función de ser didáctico y
se puedan alimentar piezas diferentes de
manera flexible. como se pudo hacer en las pruebas.
87
1. CONCLUSIONES
7. Concluslones
7 • .1 Objetivos iniciales
Este trabajo de tesis cumplió con sus objetivos iniciales que fueron:
•
diseñar un alimentador vibratorio del tipo didáctico, ya que se diseñó
de modo que se puedan variar fácilmente algunos parámetros tales
como
la
excentricidad
para
modificar
el
sentido
y
velocidad
de
alimentación.
•
que los elementos y materiales sugeridos para su fabricación sean de
fácil adquisición en México.
Además, se ha presentado el análisis. diseño y observaciones de su
fabricación y componamiento de modo que sirva para futuros desarrollos de
otros sistemas de alimentación de este tipo.
Sin
embargo,
aunque
en
la
introducción
se
menciona
que
el
mecanismo es simple, se observó durante las pruebas que a pesar de que esto
es cierto, es necesario respetar las tolerancias en la fabricación, ya
está trabajando con vibraciones forzadas.
que se
lo cual origina movimientos que
deben ser fácilmente controlados.
88
7. CONCLUSIONES
7.2 Objetivos de aprendizqje
Con el desarrollo de este trabajo. he tenido la oportunidad de realizar
un proyecto de diseño; desde la investigación teórica hasta la realización de
pruebas en el prototipo.
Esto me ha permitido conocer más las diferentes
etapas en el proceso de diseño. Por otra parte, pude observar la importancia
de
realizar cada
una
de
las etapas del
proceso
de
diseño va
que
de
lo
contrario se pierde tiempo al tener que regresar a etapas anteriores. o se corre
el riesgo de perderse en la gran cantidad de alternativas que existen para
resolver
un
problema
y
nunca
llegar
a
obtener
un
resultado.
por
estar
buscando la solución perfecta.
7.3 Observaciones en el desarrollo del trabqjo
Para el desarrollo de este trabajo fue necesario seguir un proceso de
diseño, paniendo desde la investigación, hasta llegar al diseño de detalle. con
lo cual se observó la influencia positiva de la selección y buen seguimiento de
un proceso de diseño.
Por otra parte, para llegar al diseño final, fue necesaria la selección de
una alternativa de entre todas las generadas, con lo que se vio la importancia
de la buena selección de una de ellas tratando de prever su funcionamiento
para
predecir
consideraciones
necesarias
en
el
diseño
de
detalle.
89
7. CONCLUSIONES
7.4 Recomendaciones
En ocasiones. los calculas se hacen a partir de análisis muy precisos y
para la fabricación se emplea en muchos casos el criterio del diseñador. lo
cual puede hacer que la precisión de los calculos se convierta en valores
estimados.
Por ello sugiero
que para
la
construcción
de este
alimentador
vibratorio didáctico se revisen los resultados obtenidos. Las recomendaciones
resultantes son principalmente con respecto a las tolerancias en la fabricación.
ya que si se respetan. sera posible emplear este alimentador vibratorio para
diferentes piezas o cambiar parámetros tal como la velocidad de alimentación.
90
APliNDICE
Planos de fabricación del
alimentador vibratorio
91
Lista de material
no de
oieza
1
nombre de la pieza
2
3
7
sooorte de rótula
base del sopone de la 1
rótula
biela
contra de la biela
soporte superior
de 3
fle·e
base
8
9
flecha
tarja
10
sopo ne
fleie
fleje
4
5
6
11
12
13
cantidad
rótula
inferior
de 3
6
,
copie
rígido
(+
orisioneros}
(+
motor
base
~ 1
tornillos}
tornillo
8
tornillo
12
tornillo
4
rodamiento
lámina entre flejes
6
observaciones
rótula de NISSAN 89. con número de
narte 41260 XOOGO
material: acero 1 040. maauinado
material: acero 1040, maquinado
material: acero 1040. maauinado
material: acero 1040, maauinado
material: acero 1040. maquinado
material: hierro
fundido.
fundición
oer-o roscas con machuelo
material: acero 1040 CD
con
material:
lámina
negra
revestimiento
(revestimiento
de
resina
plástica
o
elastómero,
de
cromato o etectronlateado). nailerfa
material: acero 1040, maquinado
material: acero 1075, calibre 18 de
30 cm y una distancia entre centros
de barrenos de 25 cm; 3 cm de
ancho aorox.
copie comercial, entradas 1/2"
!4 hp, 1 500 rpm de CA
!4-20NC, Y:r" de rosca, cabeza allen
!4-20NC 3/ . •• de rosca. cabeza allen
!4-20NC, Y:r .. de rosca. cabeza de
ao'ta
rodamiento rígido de una hilera de
bolas. SKF 626
2 cm de diámetro aprox, 1 mm de
espesor
material:
92
o
Nombre
ALIMENTADOR
VIBRA TORIO
FACULTAD DE INGENIERIA
UNAM
Proyecto de tesis
Pro
,,,
Ese ala
~'to
Fecha
A o 91
A o 97
G F G L
Acotar1one·~
Plano de con;unto
~
I .=_
No
de
Plano
Efl-0
/~
IP
:----·-:--~"'..•
>'ru
~<
FACULTAD DE !NGENIERlA
UNAM
Proyecto de res1s
..
t.. o en
A e 97
lu
GF GL
VIBRATORIO
Escala
S/E
Acotac•ones
S/A
Ptana en explosión
0---@\ No
ce
Plano
1------46.SS
------!
s
T
i
+
30.0
-t
Rs5.o-----n
3.0
t-
_J
14 ú
--j
20.0
33.0
39.3-----<
No-to: ró-tulu de NISSAN 89,
No. de por-te: 40160 XOOGO
ALIMENT ADDR
VIBRATORIO
FACUL TAO DE
!NGEN!ERIA
UNAM
p,-ovecto
de
-tesis
Pro
Escalo·
:.J
ec"to
DilOu 10
Revisó
Acotaciones
F'IE2A
(MM)
No
o~
~lono
3
CORTE AA'
2
1/2-SN
30.0
1
<oo.G""""~·--------1--------~~:.::;c- ~--~
JO.O
tole-rancio.s
no
ALIMENTADOR
VIBRATORIO
FACUL TAO DE
INGENJER /A
UNAM
ro
ec:to de
tesis
ínciicocios= :: 0.5
P.-o ec1:o
DiloL.> ;o
Fe-cha
F
Feb
7
97
+-E:J-
Escalo
¡.¡
PIEZA
NoMbre>
F
G F G L
2
No.
Cle
plano
4
IZl10J.6C4•>
CORTE
T
28.0
~----
Z J/2-SN
,__ _ _ _ _ _ _ _ _ 76.2<3•)
---------~
tolero.ncio.s
no
ALIMENTADOR
VIBRATORIO
FACUL TAO
0.5
Pr-o
E"C1:ó
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